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镁及其合金在骨植入应用中的当前挑战与前景综述。

A review of current challenges and prospects of magnesium and its alloy for bone implant applications.

作者信息

Nasr Azadani Meysam, Zahedi Abolfazl, Bowoto Oluwole Kingsley, Oladapo Bankole Ibrahim

机构信息

School of Engineering and Sustainable Development, De Montfort University, Leicester, LE1 9BH, UK.

出版信息

Prog Biomater. 2022 Mar;11(1):1-26. doi: 10.1007/s40204-022-00182-x. Epub 2022 Mar 3.

Abstract

Medical application materials must meet multiple requirements, and the designed implant must mimic the bone structure in shape and support the formation of bone tissue (osteogenesis). Magnesium (Mg) alloys, as a "smart" biodegradable material and as "the green engineering material in the twenty-first century", have become an outstanding bone implant material due to their natural degradability, smart biocompatibility, and desirable mechanical properties. Magnesium is recognised as the next generation of orthopaedic appliances and bioresorbable scaffolds. At the same time, improving the mechanical properties and corrosion resistance of magnesium alloys is an urgent challenge to promote the application of magnesium alloys. Nevertheless, the excessively quick deterioration rate generally results in premature mechanical integrity disintegration and local hydrogen build-up, resulting in restricted clinical bone restoration applicability. The condition of Mg bone implants is thoroughly examined in this study. The relevant approaches to boost the corrosion resistance, including purification, alloying treatment, surface coating, and Mg-based metal matrix composite, are comprehensively revealed. These characteristics are reviewed to assess the progress of contemporary Mg-based biocomposites and alloys for biomedical applications. The fabricating techniques for Mg bone implants also are thoroughly investigated. Notably, laser-based additive manufacturing fabricates customised forms and complicated porous structures based on its distinctive additive manufacturing conception. Because of its high laser energy density and strong controllability, it is capable of fast heating and cooling, allowing it to modify the microstructure and performance. This review paper aims to provide more insight on the present challenges and continued research on Mg bone implants, highlighting some of the most important characteristics, challenges, and strategies for improving Mg bone implants.

摘要

医用材料必须满足多项要求,所设计的植入物必须在形状上模仿骨结构并支持骨组织的形成(骨生成)。镁(Mg)合金作为一种“智能”可生物降解材料以及“21世纪的绿色工程材料”,由于其天然的可降解性、良好的生物相容性和理想的机械性能,已成为一种出色的骨植入材料。镁被公认为是下一代骨科器械和可生物吸收支架。同时,提高镁合金的机械性能和耐腐蚀性是促进镁合金应用的一项紧迫挑战。然而,过快的降解速率通常会导致过早的机械完整性解体和局部氢积累,从而限制了其在临床骨修复中的适用性。本研究对镁骨植入物的情况进行了全面考察。全面揭示了提高耐腐蚀性的相关方法,包括提纯、合金化处理、表面涂层和镁基金属基复合材料。对这些特性进行了综述,以评估当代用于生物医学应用的镁基生物复合材料和合金的进展。还对镁骨植入物的制造技术进行了全面研究。值得注意的是,基于激光的增材制造基于其独特的增材制造理念制造定制形状和复杂的多孔结构。由于其高激光能量密度和强可控性,它能够快速加热和冷却,从而能够改变微观结构和性能。这篇综述文章旨在更深入地了解镁骨植入物目前面临的挑战和持续研究情况,突出一些提高镁骨植入物的最重要特性、挑战和策略。

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