张剑华 孙元艺 郭阿龙 赵宇 赖毓霄**

    (1.中国科学院深圳先进技术研究院转化医学研究与发展中心，广东深圳 518000；2.中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院骨科，北京 100730)

    镁(Mg，1.74 g/cm3)是一种与人体骨密度(1.75 g/cm3)基本相当的轻质金属。由于其弹性模量和抗压屈服强度比其他金属植入材料更接近人体骨，镁是与骨具有最好生物力学相容性的金属材料。镁作为人体必需的营养元素，在人体中主要分布于骨骼(53%)、肌肉(27%)、软组织(19.2%)、红细胞(0.5%)和血清(0.3%)中，其含量仅次于钙，钾，钠，排第四位[1]。在人体中，镁降解释放的镁离子通过多个信号通路影响新陈代谢。镁影响的生理功能主要包括以下几个方面：①作为酶的辅助因子影响能量相关代谢；②作为钙的阻抗剂抑制细胞内钙的堆积；③调节骨代谢活动，诱导新骨生成[2]。然而，纯镁或普通镁合金作为骨科植入材料也存在很多问题：首先，降解速率过快无法维持到伤后充分愈合，其降解时间只能维持骨折愈合时间的1/3～1/4；其次，需要处理由于腐蚀而产生气体积聚的问题[3]。进入21世纪后，随着材料生产工艺的不断提高，在生物安全性未受影响的前提下，将镁进行合金化和多样化处理后，其机械性能、抗腐蚀性能、骨诱导性能等得到大幅提高。因而，含镁植入性骨科医疗器械正越来越成为骨科领域研究热点材料之一。含镁生物材料主要包含镁及镁合金、生物陶瓷、生物玻璃和聚合物复合材料，并且在加速骨生成和骨缺损修复方面展现出独特的优势(图1A)[4]。如含镁生物陶瓷、生物玻璃可以调节自身降解速度来匹配新骨生成速度，显示出其作为可降解骨植入医疗器械的潜力。含镁聚合物复合材料通过复合镁和聚合物制备复合材料，不仅可以中和聚合物的酸性降解产物，还可以提高聚合物的成骨性能。然而，由于内部孔隙结构不可控、外形与宿主骨缺损不完全匹配，传统加工工艺制备的3D 多孔支架很难满足临床实际需求。3D 打印技术可以利用计算机辅助，以支架的计算机辅助设计模型或CT扫描等数据为基础，通过“分层制造、逐层叠加”的方式快速构造出任意复杂物理结构的3D 支架[5]，打印过程见图1B。利用3D打印技术可以构建与缺损骨组织相匹配的复杂外形的3D多孔支架，还可以精确调控支架内部的孔隙结构。配制3D打印墨水时还可以调整材料组分控制支架降解速率与骨再生速率相匹配，或加入生物活性成分促进细胞的成骨分化，从而获得理想的骨修复效果(图1C)。本文就不同3D打印含镁生物医用材料体系及其生物学性能的研究进展进行综述。 ......