全降解医用镁合金的材料设计与降解调控

成果基本信息
关键词：	全降解医用镁合金;材料设计;降解调控
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	9112018J039	资源采集日期：	2018-12-10

研究情况
单位名称：	北京大学	技术水平：
评价证书号：		评价单位：	科技部
评价日期：		评价证书号：

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	孵化基地	联系人（平台）电话：	0771-3394012
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成果简介
该项目属于材料科学领域，是生物医用金属材料研究的国际前沿课题。课题来源于国家重点基础研究发展计划（973 计划）（2012CB619102）医用镁合金材料的生物适配设计与降解调控机制研究、国家自然科学基金NSFC-RGC项目（51361165101）促进腱-骨界面固定和愈合的可降解Mg-Sr-Zn合金设计与生物学响应、国家杰出青年科学基金（51225101）新型生物医用金属材料。针对传统医用金属呈生物惰性、不可降解、愈后需二次手术等临床弊端，该项目提出全降解、可吸收、生物功能化医用金属材料理念，在国际上率先建立了全降解镁合金“元素剂量-毒理学效应”成分设计原则，阐明了镁合金的降解行为调控方法、降解产物的转化代谢途径及促成骨机制，为镁合金的生物医学应用奠定了基础。　　主要发现点为：　　（1）建立了全降解镁合金“元素剂量-毒理学效应”成分设计原则，发展了硬组织修复用镁钙、镁锶等全降解镁合金体系。创新性地设计了医用镁合金的元素剂量-毒理学效应研究模型，揭示了各种合金化元素与镁离子共释放引发细胞毒性的临界门槛值，厘清适合骨环境使用的最佳合金化元素类型为Ca、Sr、Si、Mn、Y、Zn 和Zr，其成分范围：Ca≤1wt.%，Sr≤2wt.%，Zn≤6wt.%，Si、Mn、Y 和Zr≤0.5wt.%。首创合成镁钙、镁锶等全降解镁合金体系，其综合力学性能优异，在体液中均匀降解并可实时通过新陈代谢来调节降解产物在体内的含量。　　（2）提出全降解镁合金的体内降解模型，揭示了降解产物的转化代谢途径及促进新骨形成的作用机制。提出医用镁合金的“镁合金/氢氧化镁腐蚀产物层/Ca-P 矿化层”双界面降解模型，阐明了在镁合金/氢氧化镁腐蚀产物的界面和氢氧化镁腐蚀产物层表面发生的动态生化反应机理。动物实验发现降解产生的过量金属离子通过植入部位周围组织的血管转运到肾脏并经尿液排出。揭示镁的成骨作用机制：镁离子刺激骨膜中感觉神经末端释放神经递质，促进骨膜内干细胞的成骨分化，形成大量的新骨。　　（3）建立了全降解镁合金的降解行为调控方法，实现其降解模式从非均匀腐蚀向均匀腐蚀转化，降解速度与组织修复速度相匹配。发展出表面体液渗透阻挡及促成骨双功能化、非晶化、生物陶瓷-镁合金复合化等降解行为调控方法，阐明了表面涂层结构、基体无序结构、复合结构对镁合金降解行为的调控机制，有效控制镁合金。从点蚀等非均匀腐蚀向可控均匀腐蚀转化，调控降解速度至原有的10-55%，实现其降解行为在时间、空间、生物功能上与机体损伤组织修复过程的协调匹配。　　10 篇代表作SCI 他引2023 次，最高单篇他引572 次，4 篇入选ESI 高被引用论文，1 篇入选“2009年中国百篇最具影响国际学术论文”。在Web of Science 以biodegradable magnesium alloy 或bioabsorbable magnesium alloy 为主题词，检索出1900-2017 年全球共发表2333 篇文章，【代表性论文1】引用次数排序第一，【代表性论文2】引用次数排序第四，【代表性论文3】引用次数排序第九。工作得到美国工程院院士（J.A. Rogers、J.H. Perepezko、Zhenan Bao）、澳大利亚工程院院士P. Hodgson 等在Nature、Chem Rev、Prog Mater Sci、MSER、Adv Mater 等期刊的正面引用与跟进。出版英文专著2 本、中文专著2 本。项目第一完成人在国际上连续担任第3-9 届可降解金属国际会议大会主席。基于上述研究成果，2014 年在国际上正式给出可降解金属的定义与分类，目前被ISO 正在起草的新标准借鉴。

成果名称：	全降解医用镁合金的材料设计与降解调控	关键词：	全降解医用镁合金;材料设计;降解调控
成果类别：		一级分类名称：	医学生物工程
二级分类名称：		三级分类名称：
研究起止时间：	2007.01 至2016.08	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	北京大学	学科分类2：
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：		课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	2012CB619102
经费实际投入额（万元）：	517.00	评价单位：	科技部
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：		转让范围：
评价证书号：		推荐单位：	北京大学
推广形式：	无	成果登记号：	9112018J039
成果简介：	该项目属于材料科学领域，是生物医用金属材料研究的国际前沿课题。课题来源于国家重点基础研究发展计划（973 计划）（2012CB619102）医用镁合金材料的生物适配设计与降解调控机制研究、国家自然科学基金NSFC-RGC项目（51361165101）促进腱-骨界面固定和愈合的可降解Mg-Sr-Zn合金设计与生物学响应、国家杰出青年科学基金（51225101）新型生物医用金属材料。针对传统医用金属呈生物惰性、不可降解、愈后需二次手术等临床弊端，该项目提出全降解、可吸收、生物功能化医用金属材料理念，在国际上率先建立了全降解镁合金“元素剂量-毒理学效应”成分设计原则，阐明了镁合金的降解行为调控方法、降解产物的转化代谢途径及促成骨机制，为镁合金的生物医学应用奠定了基础。　　主要发现点为：　　（1）建立了全降解镁合金“元素剂量-毒理学效应”成分设计原则，发展了硬组织修复用镁钙、镁锶等全降解镁合金体系。创新性地设计了医用镁合金的元素剂量-毒理学效应研究模型，揭示了各种合金化元素与镁离子共释放引发细胞毒性的临界门槛值，厘清适合骨环境使用的最佳合金化元素类型为Ca、Sr、Si、Mn、Y、Zn 和Zr，其成分范围：Ca≤1wt.%，Sr≤2wt.%，Zn≤6wt.%，Si、Mn、Y 和Zr≤0.5wt.%。首创合成镁钙、镁锶等全降解镁合金体系，其综合力学性能优异，在体液中均匀降解并可实时通过新陈代谢来调节降解产物在体内的含量。　　（2）提出全降解镁合金的体内降解模型，揭示了降解产物的转化代谢途径及促进新骨形成的作用机制。提出医用镁合金的“镁合金/氢氧化镁腐蚀产物层/Ca-P 矿化层”双界面降解模型，阐明了在镁合金/氢氧化镁腐蚀产物的界面和氢氧化镁腐蚀产物层表面发生的动态生化反应机理。动物实验发现降解产生的过量金属离子通过植入部位周围组织的血管转运到肾脏并经尿液排出。揭示镁的成骨作用机制：镁离子刺激骨膜中感觉神经末端释放神经递质，促进骨膜内干细胞的成骨分化，形成大量的新骨。　　（3）建立了全降解镁合金的降解行为调控方法，实现其降解模式从非均匀腐蚀向均匀腐蚀转化，降解速度与组织修复速度相匹配。发展出表面体液渗透阻挡及促成骨双功能化、非晶化、生物陶瓷-镁合金复合化等降解行为调控方法，阐明了表面涂层结构、基体无序结构、复合结构对镁合金降解行为的调控机制，有效控制镁合金。从点蚀等非均匀腐蚀向可控均匀腐蚀转化，调控降解速度至原有的10-55%，实现其降解行为在时间、空间、生物功能上与机体损伤组织修复过程的协调匹配。　　10 篇代表作SCI 他引2023 次，最高单篇他引572 次，4 篇入选ESI 高被引用论文，1 篇入选“2009年中国百篇最具影响国际学术论文”。在Web of Science 以biodegradable magnesium alloy 或bioabsorbable magnesium alloy 为主题词，检索出1900-2017 年全球共发表2333 篇文章，【代表性论文1】引用次数排序第一，【代表性论文2】引用次数排序第四，【代表性论文3】引用次数排序第九。工作得到美国工程院院士（J.A. Rogers、J.H. Perepezko、Zhenan Bao）、澳大利亚工程院院士P. Hodgson 等在Nature、Chem Rev、Prog Mater Sci、MSER、Adv Mater 等期刊的正面引用与跟进。出版英文专著2 本、中文专著2 本。项目第一完成人在国际上连续担任第3-9 届可降解金属国际会议大会主席。基于上述研究成果，2014 年在国际上正式给出可降解金属的定义与分类，目前被ISO 正在起草的新标准借鉴。
联系人：	郑英姿	成果登记日期：	2018-03-13
联系人email：	zhengyz@pku.edu.cn	单位代码：	91100017
邮政编码222：	100871	联系人电话：	010-62768091
单位传真：	010-62751444	单位通讯地址：	北京市海淀区颐和园路5号
单位所在省市：		单位电话：	010-62751448
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：	香港中文大学	已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：	郑玉峰;秦岭;顾雪楠	资源采集日期：	2018-12-10

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