可降解鎂合金醫材-人體可溶化金屬的秘密

當人體或動物受到外力衝擊使骨骼斷裂位移時，一般需要開刀將錯位的骨骼回正並以骨板配合骨釘固定，縫合表面皮膚待骨骼癒合後再取出骨釘與骨板；當前市場上骨骼修復以不銹鋼、鈦合金、鈷基合金的人工關節、骨釘、骨板為主，但這些材料與骨骼的彈性係數差異很大，容易產生應力遮擋效應(Stress Shielding Effect)，白話一點解釋，人工骨板的強度比骨骼高很多的時候，骨骼斷裂處癒合承受的人體負荷或應力比例上會小很多，使得新生的組織過於鬆散，當骨板取出後容易導致二次骨折。

鎂合金，電極電位約(-2.37 V)，在腐蝕環境下會發生降解現象，如製成骨骼修復材使用於人體會自然分解到血液或組織內，避免二次取出手術的傷害與不適，且彈性模數接近於人體骨骼(41~45 GPa)，可將應力遮擋效應降到最低，同時鎂是人體必要元素之一，約53%存在於骨骼中、27%存在於肌肉組織、19%在軟組織，具有安全的生物相容性，是非常理想的骨科醫用材料。

西元1900年即有鎂合金的骨釘、骨板用於動物實驗的紀錄，但因降解速度無法控制、術後容易生成大量氣體引發炎症，所以一直沒有普及應用，直到2013年後德國的Syntellix公司生產Mg-Y-RE-Zr鎂合金骨釘、髓內釘與韓國U&i公司生產的Mg-Ca鎂合金骨釘相繼取得歐洲CE認證，才擴大了市場上的接受度，依據官方所提供資料，在手部骨折內固定臨床觀察顯示，鎂合金骨釘可在6~18個月內完全降解。

鎂合金是HCP六方最密堆積結構，常溫下塑性能力非常差，高溫下成形也因溫度區間控制不易，產品表面或內部常發生微裂紋現象，因此目前主要醫材的製造以粉末造粒後再3D增層列印為主，當然也有一群人致力於塑性成形的方式。

一般材料在鑄造後內部組織通常為樹枝狀粗晶結構，直接用於塑性成形容易使工件產生不可預期的破裂現象，因此於鑄造均質化後，通常會再施加徑向鍛造、擠型、壓延等程序破碎粗晶組織，而為確保用於醫材的產品品質，鎂合金降伏強度要求介於200~300Mpa、延伸率約10~20%與細晶化組織，當前最有效的嚴重塑性變形(SPD)方式當屬等通道轉角擠型製程(ECAE)，依據文獻，通過ECAE後的鎂合金可提高『原素材』降伏強度60~70%與延伸率150%，平均晶粒尺寸約5μm，不論在骨釘、骨板或心血管支架都可以獲得不錯的品質。