可降解金属的“百科全书”
进入21世纪，可降解金属不仅成为生物医用金属材料领域最热、最活跃的研究方向，也成为国际生物材料学术界普遍接受的一个新的学术分支。
WebofScience数据库检索相关词条不难发现：可降解金属的基础科学研究自2002年起呈现出“从合金开发设计到性能提升方法”、“从体外细胞实验到体内植入试验”、“从动物到人”、“从外周血管到心血管”、研究内容逐年深入、论文数量快速增长”的发展脉络，现在每年有数百篇的可降解金属研究论文在权威刊物上发表。2009年起，每年国际上都会召开 “可降解金属”国际会议，参会者来自美国、德国、中国、加拿大、瑞士、澳大利亚、英国、荷兰、新西兰、韩国、日本、巴西、土耳其等20多个国家。
可降解金属在欧美被誉为是一类革命性的金属生物材料。
欧盟正通过第七框架下的People Programme (Marie Curie Actions)滚动支持研究开发新型可降解镁合金；美国国家自然科学基金会于2008年批复 “革命性医用金属材料”工程研究中心，投资1800万美金用于可降解镁合金材料及植入器件研究。2007年德国BIOTRONIK公司在柳叶刀杂志报道了镁合金裸支架的临床研究成果，2013年1月又在柳叶刀杂志报道了镁合金冠脉药物洗脱支架临床研究成果。2013年2月Nature子刊给予高度评价，指出“可吸收支架的梦想变为现实”。2013年德国Syntellix AG公司开发的MAGNEZIX®可降解镁合金压缩螺钉成为全世界第一个获得CE认证的骨科产品（三类植入器械），用于小骨和骨碎片的固定。2014年韩国药监局批准了Mg-Zn-Ca合金手掌骨骨折骨钉产品上市。上述事实使得我们有理由看好可降解金属的未来临床应用。
我国的可降解金属研究与国际同步且水平相当，特别是可降解镁合金的设计与制备、表面改性、降解行为、生物相容性等方面已开展了大量的探索研究工作并已开始进入临床应用研究阶段。国家先后在国家重点基础研究发展计划（973）、国家高技术研究发展计划（863）、国家滚球体育 支撑计划、国家自然科学基金等项目设立了可降解金属及其医疗器械产品研发的课题，鼓励滚球体育 原始创新。我国有超过百家研究机构和企业目前在从事可降解金属及其医疗器械的研制，已在国际权威刊物发表了数百篇SCI论文并得到数千次的他引和正面评价，获得百余项授权/公开的国家发明专利，在国际会议上有多人次担任国际可降解金属会议主席/分会主席并做各类邀请报告，这些都反映了我国科学家在可降解金属研究的学术水平和影响力；我国也是率先在国际上开展了可降解金属的临床试验研究（目前仅有德国、中国和韩国）的国家；国家食品药品监督管理局医疗器械技术审评中心的创新产品绿色通道已经批准注氮铁支架和纯镁骨钉产品开展临床试验。
通常意义上讲，工程用金属对应的是腐蚀（corrision），而高分子材料对应的是降解(degradation)。在传统的生物材料的分类中，医用金属一般是生物惰性的（bio-inert），希望有更好的腐蚀抗力；医用陶瓷或玻璃有些是生物惰性的；有些呈生物活性（bio-active）并可吸收（bio-absorbable），高分子材料有些是不可降解的，有些是可降解的（biodegradable）和可吸收（bio-absorbable）。可谓不同的材质有不同的表述。所以当冠名以镁合金为代表的新型的可在体液环境下发生逐渐腐蚀而各类腐蚀产物可以被生物体通过新陈代谢而转移或排除的这类医用金属的时候，到底该用什么名称是比较科学的？迄今还没有一个统一的看法。
但作为医用金属，为了和工程用金属有所区别，人们自觉不自觉间没有使用“bio-corrodible”来描述，而是广泛地使用“biodegradable Metals”这个英文名词来描述这类金属。看到这个名词的时候，大家都会明白这不是工程用途的金属，而是面向医学应用的可被体液腐蚀降解的金属。
关于其定义，2014年作者在与顾雪楠、Frank Witte共同撰写的综述文章中首次明确给出：可降解金属，是指能够在体内逐渐被体液腐蚀降解的一类医用金属，它们所释放的腐蚀产物给机体带来恰当的宿主反应，当协助机体完成组织修复使命之后将全部被体液溶解，不残留任何植入物。
按照概念的内涵和外延来看，需要强调的是，可降解金属的定义不是简单的说一种金属如果它能够在体液环境中发生腐蚀降解，它就是可降解金属，换句话说，能发生降解的金属并不是全部都可以称为“可降解金属”，而是说只有100%全部可被机体降解的，且其降解产物不会对宿主带来毒性危害的金属才是符合定义的“可降解金属”。
从这个意义上讲我们所给的第一个版本的可降解金属定义，已经是按照高标准的“可完全被人体吸收的医用金属”来定义的。也就是字面上我们用的是“biodegradable metals”，但其概念的核心内涵其实是“100% bioabsorbablemetals”。这点请读者务必把握，也就是未来我们所研发的可降解金属应该是金字塔尖上的最高级的。按照这样的界定，正确的可降解金属设计思路应该是采用人体的生命必需元素来作为合金组成元素（可以是金属，也可以是非金属），因为生命必需元素能够被人体的新陈代谢所调整其在体的含量，避免在体内累积引发毒性。
有关“biodegradable”和“bioabsorbable”的叫法，到底那个更合适，是作者纠结很久的问题。作者曾和ASTM委员会中负责起草标准的Byron Hayes先生讨论，他认为“absorbable metals ”更合适（目前在起草的国际标准中采用的是absorbable metals的描述），他提及“可吸收”的叫法最早是基于缝合线等可被人体吸收的医疗器械而采用的，未来希望延续到金属上。
四川大学的千人计划学者王云兵教授在会议中曾提到，在美国ASTM委员会中他力推用absorbable这个单词还有个考虑是其首字母是a，在名词排序时更容易排到前面。作者也曾和做无机非金属生物材料的Marc Bohner教授讨论，他觉得“biodegradable metals”的叫法对他而言可以接受。实际上很多时候你会看到的表述是“生物活性陶瓷又叫生物降解陶瓷，包括表面生物活性陶瓷和生物吸收性陶瓷。”这样的混为一谈的描述。
再来看看“biodegradation”的定义：生物可降解是指材料在生物体内通过溶解、酶解、细胞吞噬等作用，在组织长入的过程中不断从体内排出，修复后的组织完全替代植入材料的位置，而材料在体内不存在残留的性质。同时，我们注意到的是不论生物陶瓷/玻璃，还有聚合物，实际上在测试性能的时候都是用的“体外降解性能测试”（in vitro DegradationTesting），而没有用到“吸收性能测试”的表述，因为吸收指的是机体的行为，是在材料发生降解之后机体对材料所排放到机体中的各类降解产物（固体残渣、离子和气体）的生物学反应。有的时候降解产物不能被机体直接吸收，但机体通过巨噬细胞等搬运走材料的降解产物固形物。所以综上所述，我们最终选择了“可降解金属”作为统一术语（因为它已经被广泛采用，并且降解特性是材料的属性，用biodegradable来修饰metals应该比用bioabsorbable更贴切，但实际上biodegradable metals的最高境界是“100% bioabsorbable ”。
《可降解金属》分为上下两册，上册包括：第一篇基础篇，包括5章，重点介绍可降解金属的定义、分类和发展历史、研究方法、合金元素的生理学作用、可降解金属的新颖结构、可降解金属的表面改性方法；第二篇应用篇，包括8章，重点介绍可降解金属医疗器械的加工与设计、可降解镁金属器械在骨科、心血管科、普外科等临床场合的应用、可降解镁合金吻合钉的设计与评价、镁营养添加剂与相关疾病的治疗与防护、含可降解镁金属粉末的骨组织工程支架设计与评价、可降解镁金属的生物功能探索。下册包括：第三篇代表性材料篇，包括14章，重点介绍纯镁、镁钙、镁锶、镁锌、镁锂、镁锡、镁-(硅、锰、锆、银)、镁钇、镁锌稀土、镁钕锌基合金、镁-(钆、镧、铈、镝)、铁基合金、锌基合金、大块非晶合金等可降解金属体系。
中国工程院院士戴尅戎还为本书作了序言，分享给大家。
序
由于具有可降解性、良好的生物力学性能（如高拉伸强度、与骨相似的弹性模量等），以及低廉的成本价格，以镁和镁合金为代表的可降解金属能否成为新型的内植物材料，是目前金属生物材料领域的研究热点。实际上早在19世纪后期就有人将可降解镁基金属用于血管结扎和肠、血管吻合。到上世纪30年代，就有关于可降解镁基金属作为骨科内植物材料的报道，不过诸多尝试均因内植物在体内降解过快而以失败告终。进入21世纪以来，在材料学家和临床医生的不断努力之下，降解速率等问题可能通过应用防护涂层、新合成方法、新镁合金的发明而取得突破。基于上述努力，尽管可降解金属目前不能像常用的非降解骨内固定物、心血管支架那样应用于临床，但鉴于其具备现有金属生物材料所没有的可降解性，和一些优于目前应用的聚乳酸等可吸收材料的特点，使人们一直没有放弃促使可降解金属成为具有独特性能的医学内植入材料的追求和努力。
研发可降解金属内植物，最为关键的要素在于“安全”。以骨科内植物为例，可降解金属需具有足够的力学安全、降解时间安全、降解微环境安全性能。其次，使用可降解金属同样是对疾病治疗模式的创新，应符合个性化和精准化的要求。应能满足不同病人在内植物尺寸、降解速度、力学性能及其在降解过程中的变化，应该是“个体化”和“功能化”的，这就需要实现镁和镁合金的疾病适配、力学适配、降解适配、元素适配、免疫适配。
我国的可降解金属研究一直处于国际先进和领先行列，特别是在可降解镁基金属的设计加工、表面改性、降解机制、降解后微环境生物学分析等方面，国内的科学家有许多较新颖的研究报道。《可降解金属》一书集合了我国可降解金属研究的13家单位多个团队的智慧结晶，将带给读者们系统的、前沿的知识和启迪。
戴尅戎
2016年5月20日
本文摘编自郑玉峰、秦岭、杨柯等著《可降解金属》（上下册）序及前言，内容有删减。
可降解金属（上下册）
郑玉峰、秦 岭、杨 柯 等 著
北京：科学出版社，2016.11
ISBN 978-7-03-050394-7 978-7-03-050393-0
医用可降解金属兼具传统医用金属材料的综合力学性能和独特的体液腐蚀降解特性 ，是近年来生物医用金属材料领域的研究热点。《可降解金属》分为上下两册，上册包括：第一篇基础篇，包括5章，重点介绍可降解金属的定义、分类和发展历史、研究方法、合金元素的生理学作用、可降解金属的新颖结构、可降解金属的表面改性方法；第二篇应用篇，包括8章，重点介绍可降解金属医疗器械的加工与设计、可降解镁金属器械在骨科、心血管科、普外科等临床场合的应用、可降解镁合金吻合钉的设计与评价、镁营养添加剂与相关疾病的治疗与防护、含可降解镁金属粉末的骨组织工程支架设计与评价、可降解镁金属的生物功能探索。
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