“挑戰亦是機遇，新型醫用金屬材料未來市場空間難以估量，我國須重視相關的技術突破與創新發展。”

——中科院金屬研究所研究員 楊柯

醫用金屬材料是生物醫用材料中的一個重要家族，包括純金屬及合金，傳統上是一類生物惰性材料，具備較高的強韌性和耐疲勞性，是臨床應用最廣泛的承力植入材料。

然而目前臨床應用中的醫用金屬材料仍存在不可降解、有害金屬離子溶出、無生物活性等痛點問題。日前，東南大學材料科學與工程學院副院長儲成林曾在“百大名師系列在線課程”上表示，不銹鋼、鈦合金等傳統的人體植入材料的力學性能優異，但是不可降解吸收，植入后需要二次取出或是永久留存于體內。

探索和發展性能更加優異、生物可降解的新型醫用金屬材料，一直是醫用金屬材料研究與應用領域中的關注點。6月10日，在由新材料在線?、尋材問料?、有材?、新材料企業家成長營共同舉辦的“百大名師系列在線課程”上，中科院金屬研究所楊柯研究員圍繞主題《新型醫用金屬材料發展與應用》，就醫用金屬材料的現狀、前沿技術探索，以及團隊在抗菌醫用金屬、生物功能化金屬、生物可降解金屬等方面的研究成果，做了直播演講。

01 醫用金屬材料臨床應用最廣泛

生物醫用材料是用于與生命系統接觸并發生相互作用，且能對細胞、組織和器官進行診斷治療、替換修復或誘導再生的天然或人工合成的特殊功能材料，因此，生物安全性是其應用的必要條件。

隨著經濟收入提高，生活水平提升，人們愈發重視生命健康與安全。新型生物醫用材料已受到國家和民眾的雙重關注。

作為生物醫用材料大家庭中的重要成員之一，醫用金屬材料具有優異的強度、塑性、韌性、硬度、抗疲勞性等綜合力學性能和良好的加工成型性能，主要用于骨、牙等硬組織的修復和替換，以及心血管支架等各類管腔支架的制造。

據了解，金屬材料是人類最早利用的醫用材料之一，可追溯到公元前400-300年腓尼基人利用金屬絲修復牙齒。

目前臨床應用量最大的醫用金屬材料包括不銹鋼、鈦及其合金、鈷基合金。

在楊柯看來，醫用金屬材料的研究基礎深厚，是臨床應用最廣泛的承力型植入材料，在未來的生物醫用材料領域中的應用機會多。

02 新型材料解決臨床痛點問題

“提高強度和韌性是醫用金屬材料研究發展永恒的主題。但是醫用金屬材料研究的困局卻不僅僅是這些。”楊柯說。

與陶瓷、高分子材料等其它類型生物材料相比，金屬材料的耐蝕性能、耐磨損性能、生物相容性、生物活性等均有待進一步提高。

醫用不銹鋼是典型的案例，其力學性能較好，且易加工和價格低廉，但是仍存在生物相容性不足的問題，其植入人體后因發生腐蝕或磨損，可能會引起水腫、感染、組織壞死等問題。除此之外，植入器械引發的感染問題已經成為醫學領域中亟待解決的一個痛點問題。

楊柯表示，壓力就是動力，臨床中存在的痛點問題，是推動醫用金屬材料進步的重要動力。

新型醫用金屬材料發展主要體現在兩個方面：第一，在現有材料基礎上進一步優化材料性能；第二，通過全新的材料設計，研究開發新型材料。

盡管途徑不同，但是目標都是一致的，即進一步提高材料的生物力學相容性，改善材料對組織、細胞、血液相容性，賦予材料表面生物活性，實現材料的生物功能化和生物可降解吸收。

毋庸置疑，新型醫用金屬材料正逐步打破現有材料存在的諸多困局。

面對一系列臨床中存在的痛點問題，楊柯率領研究團隊有針對性地提出了一系列解決方案：

第一，針對現有臨床應用中的植入金屬器械易引發感染問題，團隊發展了系列醫用含銅抗菌金屬。

第二，針對現有臨床應用中的金屬不可降解問題，團隊發展了鎂合金、鐵合金等生物可降解金屬。

第三，針對現有臨床應用中的金屬生物惰性問題，團隊發展了含銅金屬、可降解鎂合金等生物功能化金屬。

第四，針對現有臨床應用中的鎳過敏問題，團隊發展了醫用高氮無鎳不銹鋼。

楊柯指出，新型醫用金屬材料應用正面臨諸多新的挑戰，如：實現可降解金屬創新產品應用的突破，開發出更多的抗菌金屬植入器械產品（如脊柱固定、人工關節等），開發出自身具有抗凝血、促進內皮化等多重生物功能的介入支架產品（包括心血管、腦血管、外周血管等），生物功能金屬涂層技術，可降解鎂合金腫瘤治療技術等。

“挑戰亦是機遇，新型醫用金屬材料未來市場空間不可估量，我國須重視相關的技術突破與創新發展。”

問答環節：

Q1：生物可降解鎂合金的應用前景如何？

楊柯：可降解鎂合金的應用前景非常樂觀，但是仍需要注意3個重要問題：

第一，鎂合金的力學性能相對低的問題，若要滿足心臟支架對力學性能的高要求，需同時從材料和支架設計入手。

第二，鎂合金的降解速度是否真的過高？這需要與具體的臨床應用相對應。目前大多數文章提到的降解性能，都是以體外實驗結果為主，與實際應用相關的體內實驗數據還十分有限。

第三，目前可降解鎂合金的種類繁多，五花八門，而且難以進行相互對比，應該先聚焦在簡單體系的鎂合金研究與應用。

Q2：是鎂合金的應用前景更廣泛，還是鎂合金與高分子材料的復合材料應用前景更廣泛？

楊柯：個人覺得，應該先將鎂合金的應用放在研究第一位，鎂合金復合材料還是放在第二位。

Q3：抗菌鎂合金的研發是否有意義？

楊柯：有意義，因為鎂合金與其它醫用金屬材料一樣，在臨床應用中可能會出現感染問題。

備注：封面圖來源于楊柯院士