微弧氧化处理对医用金属生物活性的影响

背景:在众多金属植入物表面改性技术中,微弧氧化技术因操作方便、成本低且能有效调整表面涂层的微观结构和元素而得到广泛关注。目的:总结微弧氧化技术在不同材料表面制备氧化涂层的理化性能及生物活性的研究进展。方法:应用计算机检索PubMed和Web of Science数据库中有关于微弧氧化技术对医用金属生物活性影响的文献,英文检索词为“MAO、micro-arc oxidation、osseointegration、mechanical property、biological activity、angiogenesis、fibrogenesis”,检索时间范围是2016年1月至2022年12月。根据纳入与排除标准,最终纳入82篇文献进行综述。结果与结论:微弧氧化技术是一种极具潜力的表面改性技术,可以极大提高种植体植入的成功率,也可以广泛应用于其他领域,具体原因如下:①微弧氧化技术在材料表面形成特殊多孔形貌,可以优化其耐磨性、耐腐蚀性等机械性能,降低镁合金的降解速率;②微弧氧化技术可以通过在材料多孔形貌中掺入锶、羟基磷灰石和其他金属或非金属物质,辅助提高其成骨分化、血管生成、纤维生成等生物活性,改善钛和钛合金生物惰性的缺点。

机器学习在医用金属材料特性研究中的应用

背景:机器学习与医用金属材料的结合,弥补传统实验和计算模拟的低效性和高成本的不足,通过分析大量数据快速准确地预测金属材料特性,优化材料设计和性能,提高医学应用的安全性和效率。目的:总结并归纳机器学习在医用材料特性中的研究进展及不足。方法:由第一作者通过计算机检索中国知网、PubMed、X-MOL和Web of Science数据库2013年1月至2023年4月的相关文章。中文检索词为“医用金属材料机器学习,医用钛合金,医用镁合金,医用金属材料性能”,英文检索词为“machine learning medical metal materials,medical stainless steel alloy,medical cobalt-chromium alloy,medical titanium alloy,medical magnesium alloy”,最终纳入70篇相关文献进行归纳总结。结果与结论:①随着传统实验和计算模拟方法所产生的大量数据的可获取性提高,机器学习作为材料设计方法的引入为材料科学研究开辟了新的范式。②机器学习工作流主要分为4个部分:数据收集及预处理、特征工程、模型选择及训练和模型评估,每个环节不可缺少。③医用金属材料分为:不锈钢共基合金、钴铬合金、钛合金和镁合金。针对不锈钢共基合金,机器学习预测其力学性能,要提高机器学习的泛化能力;针对钴铬合金,机器学习预测其力学性能,可得出钴铬合金为髋关节植入物的最佳材料;针对钛合金,机器学习预测其力学性能,可选择出力学性能最优异的植入物;针对镁合金,机器学习预测其耐腐蚀性和力学性能,集成模型可准确预测镁合金的力学性能,随机森林模型可预测镁合金作为血管支架时的最优元素含量。④机器学习在医用材料领域存在一定局限性,如模型相对滞后、数据未能标准化及泛化性较低;未来研究解决此类问题应充分利用深度学习和分割算法技术,使用统一标准数据,改善模型提高泛化能力。

XPS表面分析技术在生物医用金属材料研究中的应用

利用先进表征技术对生物医用金属材料的表面性质进行分析,并揭示其表界面与机体的相互作用机理至关重要。X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)作为一种强有力的表面分析技术,可以高灵敏度、高分辨率地对材料表面元素种类和价态进行定性、半定量分析,并能结合离子束溅射、角分辨深度剖析获得材料表面层的纵深分布信息,已被广泛应用于生物医用金属材料研究。基于此,首先介绍了XPS的原理和特点;其次,根据生物医用金属材料的分类和研究领域,重点探讨了XPS表面分析技术在医用不锈钢、医用钴基合金、医用钛及其合金、医用镁合金的设计制造、表面改性及表界面表征等方面的应用;再次,通过总结上述工作的优势与不足,进一步阐明了XPS表面分析技术在小面积、化学成像、角分辨、原位测试、价带谱、同步辐射激发源等多种功能方面的应用潜力;最后,对XPS技术助力新型生物医用金属材料的开发和应用提出了展望和建议。

医用金属材料促血管生成的分子机制

背景:血管生成对于组织修复与再生是必不可少的,提高医用金属材料促血管生成的能力是近年来的研究热点。目的:整理讨论了医用金属材料促内皮细胞血管化的可能分子机制,为后续研发各种促血管生成的医用金属材料奠定基础。方法:检索PubMed、ScienceDirect、中国知网和万方数据库收录的相关文献。英文检索词为“medical metal materials OR alloy”“stent OR scaffold”“vascularization OR angiogenesis”“molecular mechanism OR signaling pathway”“endothelial cells”,中文检索词为“医用金属材料、金属”“支架”“血管化、血管生成”“分子机制、信号通路”“内皮细胞”,最终纳入76篇文献进行分析总结。结果与结论:①医用金属材料植入机体后在降解过程中所释放的金属离子,可以通过促进内皮细胞的增殖、迁移、黏附和提高成管能力来影响血管生成。②镁、锌、铜、锶及钴等金属离子可以激活Wnt、PI3K/Akt、MAPK、缺氧诱导因子1α/血管内皮生长因子等信号通路,上调血管内皮生长因子、血小板衍生生长因子及缺氧诱导因子1α等血管生成因子的表达,促进血管生成相关细胞因子的分泌,从而诱导血管生成。③金属植入体内引起的免疫反应不仅影响植入材料的稳定性,还会影响血管化及成骨效果。④金属离子的浓度会影响血管生成的过程,金属材料降解过快,金属离子爆发积累会导致细胞毒性。确定金属离子最佳促血管化及成骨分化的浓度,是开发多功能金属材料的关键。⑤通过合金化、表面修饰改性等手段提高金属材料的耐腐蚀性,调控金属离子释放速率,有利于营造良好的成骨和血管生成微环境,加速组织的修复与再生。⑥金属促血管生成的机制丰富,但具体分子机制尚未彻底明晰,未来仍需进一步的研究。

3D打印钽医用金属材料

钽是一种稀有金属,具有良好的高温力学性能、抗腐蚀性能和生物相容性,在航空航天、电子和医疗等领域具有广泛的应用价值。本文介绍了钽的基本性能、钽矿的分布、冶炼流程以及钽在相关领域的应用,重点介绍了3D打印制备医用钽的优势及医用钽在生物医用方面的研究进程与临床应用。

医用金属材料中的镍危害

医用金属材料由于其优良的性能广泛应用于医疗领域,其中含有的镍元素由于腐蚀溶出除了对人体产生过敏反应外,还存在致畸、致癌的危害性。本文综述了医用金属材料中镍元素潜在的危害性,阐述了医用金属材料的新进展,并结合自身工作展现了无镍医用不锈钢的优势及发展前景。

自膨式医用金属支架治疗晚期食管癌吞咽困难及气管食管瘘

目的 回顾性地分析 19例国产自膨式医用金属支架治疗晚期食管癌吞咽困难及气管食管瘘的临床效果及其并发症的防治。方法 16例晚期食管癌吞咽困难及 3例气管食管瘘患者采用内镜直视下置入法和X线监视内镜下置入法自膨式医用金属支架。结果 19例病人支架全部顺利置放 ,病人吞咽困难均得到缓解。平均较术前恢复 1 89级。 3例气管食管瘘患者瘘口均得到封闭。结论 国产自膨式医用金属支架较其它姑息疗法安全、有效 ,能快速而持久地缓解吞咽困难 ,改善经口肠内营养 ,提高生存质量 ,延长生存时间 ;能限制病变及增生的食道粘膜向腔内生长 ,防止再狭窄的发生。同时可迅速封闭食道瘘口 ,临床并发症少 ,是一种简便。

生物医用金属材料的研究应用现状及发展趋势

对生物金属材料进行分类,介绍了生物医用金属材料的特点、研究现状和应用情况。提出了生物医用金属材料在应用中存在的主要问题,并对今后的发展方向进行了展望。

新型生物医用金属材料的研究和进展

在概述医用金属材料目前的研究现状、性能和应用的基础上,指出了医用金属材料应用中目前存在的主要问题,阐述了近些年生物医用金属材料的新进展,并对今后的发展提出了自己的观点。

新型抗菌功能医用金属研究

不锈钢、钛及钛合金等医用金属材料已广泛应用于骨科、齿科及心血管介入等医疗领域,生物可降解镁合金是正在研究发展的新型医用金属材料,具有诱人的临床应用前景。面对目前临床上亟待解决的植入物引发的细菌感染问题,开展医用金属材料的抗菌功能研究意义重大,也是实现金属材料结构/功能一体化发展的新探索。简要介绍了作者近年来在不锈钢、钛合金、可降解镁基金属等医用金属材料的抗菌功能研究方面的主要进展,并展望了抗菌医用金属材料的临床应用前景。

医用金属表面溶胶-凝胶法和离子束合成TiO_2薄膜的结构、性能比较

采用溶胶-凝胶法和离子束增强沉积法在医用NiTi合金表面制备TiO2薄膜以提高其生物相容性.利用X射线衍射（XRD）、原子力显微镜（AFM）和X光电子能谱（XPS）对薄膜的结构、表面形貌及组成进行了比较研究;电化学腐蚀实验表明,两种方法制备的TiO2薄膜对金属基体均起到一种保护膜的作用,能够提高医用金属材料在模拟体液中的抗腐蚀性;对薄膜表面固定肝素抗凝血分子进行研究发现,溶胶-凝胶法制备的TiO2薄膜表面能够获得较好的肝素固定效果.

医用金属材料腐蚀疲劳性能研究进展

结合文献和课题组的研究,对医用金属材料腐蚀疲劳性能的研究进展进行了总结,分别从腐蚀疲劳的危害性、分类、设计、控制等几个方面进行了阐述。腐蚀疲劳失效首先发生于材料表面,医用材料-生理环境的界面对于植入器械手术成功与否有着至关重要的作用,可以根据裂纹扩展速度曲线特征,将腐蚀疲劳分为三类。医用金属材料的腐蚀疲劳性能研究应考量其服役环境进行设计,可以通过表面处理、合金化等方法改善医用金属材料的腐蚀疲劳性能。医用金属材料腐蚀疲劳性能研究的一些基础问题仍待解决:医用金属材料在微生物参与下的腐蚀疲劳行为及其相关机制亟待阐述;医用金属材料的微生物腐蚀疲劳研究是一个系统、长期、复杂的过程,需要合理地建立实验模型,将三维有限元与传统实验方法有机结合,进一步指导医用金属材料相关器械的设计;新的合金成分设计、新的加工制造方式所获得的新型合金生理环境下的腐蚀疲劳性能,其相关数据亟待完善,这关系到新型医用金属材料长期使用的生物安全性问题,亟需开展大量的基础研究工作。在综合评述医用金属材料腐蚀疲劳性能研究现状的基础上,对医用金属腐蚀疲劳在学科交叉研究和新材料基础研究方面的发展趋势进行了展望。

抗菌医用金属材料的研究与发展

由植入器械引发的细菌感染是临床上迫切解决的重要问题。不锈钢、钛合金、钴基合金等医用金属材料广泛应用于制造各类植入医疗器械。通过在这些医用金属材料中加入适量具有强烈抗菌功能的铜元素,使其在生理环境中持续和微量释放铜离子,从而起到显著的抗菌作用,是降低临床上发生细菌感染的一个新思路和有效途径。本文综述了相关研究进展,表明抗菌医用金属材料具有强烈的广谱杀菌功能,抑制细菌生物膜的形成,具有广阔的应用前景。

用于3D打印的医用金属研究现状

3D打印技术是快速成形技术的一种,因其可使修复完全个性化,简便化,制备出以往无法实现的复杂结构,在医学领域前景广阔。本文系统地总结了用于3D打印的医用金属、制备技术优缺点及其对金属性能的影响,为今后的相关研究提供参考方向。

医用金属材料的研制与应用

总结了医用金属材料的种类,介绍了笔者研制的二种金属材料的工艺及其性能,给出了医用金属材料的最新发展动态和研究进展。

生物医用金属材料的腐蚀

总结了生物医用金属材料的腐蚀问题 ,讨论了金属材料在生理环境中的腐蚀机理及其释放腐蚀产物引起的局部组织反应和全身系统反应 。

生物医用金属材料研究现状与应用进展

生物医用金属材料又称医用金属材料或外科用金属材料,当生物医用金属材料广泛被用于植入材料时,长期的实用性与安全性便成为了对医用金属材料的第一要求。生物医用金属材料在临床上已经取得了广泛的应用,同时也具备重要的深入研究价值。文章综述了生物医用金属材料的最新研究进展,详细介绍了钛基、钴基、镁基、锆基、锌基、铝合金以及不锈钢、钨、贵金属等生物医用金属材料的研究与应用进展,展望了未来研究的发展方向及临床的应用前景。文章指出虽然生物医用金属材料在过去的几十年中已得到较快的发展,但在临床上广泛使用的仍然是有限的几种,因此加大新型医用金属材料的研究并推动其发展显得尤为必要。

医用金属材料表面改性与修饰的研究进展

目的:本文着重对医用金属材料的表面改性与修饰的几种方法进行综述,并提出表面工程方法在医用生物材料上应用的广阔前景。

生物医用金属材料的研究进展

介绍了医用金属材料目前的研究现状、性能和应用,指出了医用金属材料应用中目前存在的主要问题,阐述了近年来生物医用金属材料的新进展,提出镁及镁合金材料的应用是生物医用金属材料的发展方向。

医用金属表面生物活性梯度涂层的研究进展

综述在医用金属表面制备生物活性梯度涂层的主要方法和最新研究进展,着重介绍了非晶涂层晶化转变的动力学、不同热处理工艺的比较及对涂层组织和生物稳定性的影响.