可降解金屬的“百科全書”
進入21世紀，可降解金屬不僅成為生物醫用金屬材料領域最熱、最活躍的研究方向，也成為國際生物材料學術界普遍接受的一個新的學術分支。
WebofScience數據庫檢索相關詞條不難發現：可降解金屬的基礎科學研究自2002年起呈現出“從合金開發設計到性能提升方法”、“從體外細胞實驗到體內植入試驗”、“從動物到人”、“從外周血管到心血管”、研究內容逐年深入、論文數量快速增長”的發展脈絡，現在每年有數百篇的可降解金屬研究論文在權威刊物上發表。2009年起，每年國際上都會召開 “可降解金屬”國際會議，參會者來自美國、德國、中國、加拿大、瑞士、澳大利亞、英國、荷蘭、新西蘭、韓國、日本、巴西、土耳其等20多個國家。
可降解金屬在歐美被譽為是一類革命性的金屬生物材料。
歐盟正通過第七框架下的People Programme (Marie Curie Actions)滾動支持研究開發新型可降解鎂合金；美國國家自然科學基金會于2008年批復 “革命性醫用金屬材料”工程研究中心，投資1800萬美金用于可降解鎂合金材料及植入器件研究。2007年德國BIOTRONIK公司在柳葉刀雜志報道了鎂合金裸支架的臨床研究成果，2013年1月又在柳葉刀雜志報道了鎂合金冠脈藥物洗脫支架臨床研究成果。2013年2月Nature子刊給予高度評價，指出“可吸收支架的夢想變為現實”。2013年德國Syntellix AG公司開發的MAGNEZIX?可降解鎂合金壓縮螺釘成為全世界第一個獲得CE認證的骨科產品（三類植入器械），用于小骨和骨碎片的固定。2014年韓國藥監局批準了Mg-Zn-Ca合金手掌骨骨折骨釘產品上市。上述事實使得我們有理由看好可降解金屬的未來臨床應用。
我國的可降解金屬研究與國際同步且水平相當，特別是可降解鎂合金的設計與制備、表面改性、降解行為、生物相容性等方面已開展了大量的探索研究工作并已開始進入臨床應用研究階段。國家先后在國家重點基礎研究發展計劃（973）、國家高技術研究發展計劃（863）、國家科技支撐計劃、國家自然科學基金等項目設立了可降解金屬及其醫療器械產品研發的課題，鼓勵科技原始創新。我國有超過百家研究機構和企業目前在從事可降解金屬及其醫療器械的研制，已在國際權威刊物發表了數百篇SCI論文并得到數千次的他引和正面評價，獲得百余項授權/公開的國家發明專利，在國際會議上有多人次擔任國際可降解金屬會議主席/分會主席并做各類邀請報告，這些都反映了我國科學家在可降解金屬研究的學術水平和影響力；我國也是率先在國際上開展了可降解金屬的臨床試驗研究（目前僅有德國、中國和韓國）的國家；國家食品藥品監督管理局醫療器械技術審評中心的創新產品綠色通道已經批準注氮鐵支架和純鎂骨釘產品開展臨床試驗。
通常意義上講，工程用金屬對應的是腐蝕（corrision），而高分子材料對應的是降解(degradation)。在傳統的生物材料的分類中，醫用金屬一般是生物惰性的（bio-inert），希望有更好的腐蝕抗力；醫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）。可謂不同的材質有不同的表述。所以當冠名以鎂合金為代表的新型的可在體液環境下發生逐漸腐蝕而各類腐蝕產物可以被生物體通過新陳代謝而轉移或排除的這類醫用金屬的時候，到底該用什么名稱是比較科學的？迄今還沒有一個統一的看法。
但作為醫用金屬，為了和工程用金屬有所區別，人們自覺不自覺間沒有使用“bio-corrodible”來描述，而是廣泛地使用“biodegradable Metals”這個英文名詞來描述這類金屬。看到這個名詞的時候，大家都會明白這不是工程用途的金屬，而是面向醫學應用的可被體液腐蝕降解的金屬。
關于其定義，2014年作者在與顧雪楠、Frank Witte共同撰寫的綜述文章中首次明確給出：可降解金屬，是指能夠在體內逐漸被體液腐蝕降解的一類醫用金屬，它們所釋放的腐蝕產物給機體帶來恰當的宿主反應，當協助機體完成組織修復使命之后將全部被體液溶解，不殘留任何植入物。
按照概念的內涵和外延來看，需要強調的是，可降解金屬的定義不是簡單的說一種金屬如果它能夠在體液環境中發生腐蝕降解，它就是可降解金屬，換句話說，能發生降解的金屬并不是全部都可以稱為“可降解金屬”，而是說只有100%全部可被機體降解的，且其降解產物不會對宿主帶來毒性危害的金屬才是符合定義的“可降解金屬”。
從這個意義上講我們所給的第一個版本的可降解金屬定義，已經是按照高標準的“可完全被人體吸收的醫用金屬”來定義的。也就是字面上我們用的是“biodegradable metals”，但其概念的核心內涵其實是“100% bioabsorbablemetals”。這點請讀者務必把握，也就是未來我們所研發的可降解金屬應該是金字塔尖上的最高級的。按照這樣的界定，正確的可降解金屬設計思路應該是采用人體的生命必需元素來作為合金組成元素（可以是金屬，也可以是非金屬），因為生命必需元素能夠被人體的新陳代謝所調整其在體的含量，避免在體內累積引發毒性。
有關“biodegradable”和“bioabsorbable”的叫法，到底那個更合適，是作者糾結很久的問題。作者曾和ASTM委員會中負責起草標準的Byron Hayes先生討論，他認為“absorbable metals ”更合適（目前在起草的國際標準中采用的是absorbable metals的描述），他提及“可吸收”的叫法最早是基于縫合線等可被人體吸收的醫療器械而采用的，未來希望延續到金屬上。
四川大學的千人計劃學者王云兵教授在會議中曾提到，在美國ASTM委員會中他力推用absorbable這個單詞還有個考慮是其首字母是a，在名詞排序時更容易排到前面。作者也曾和做無機非金屬生物材料的Marc Bohner教授討論，他覺得“biodegradable metals”的叫法對他而言可以接受。實際上很多時候你會看到的表述是“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。”這樣的混為一談的描述。
再來看看“biodegradation”的定義：生物可降解是指材料在生物體內通過溶解、酶解、細胞吞噬等作用，在組織長入的過程中不斷從體內排出，修復后的組織完全替代植入材料的位置，而材料在體內不存在殘留的性質。同時，我們注意到的是不論生物陶瓷/玻璃，還有聚合物，實際上在測試性能的時候都是用的“體外降解性能測試”（in vitro DegradationTesting），而沒有用到“吸收性能測試”的表述，因為吸收指的是機體的行為，是在材料發生降解之后機體對材料所排放到機體中的各類降解產物（固體殘渣、離子和氣體）的生物學反應。有的時候降解產物不能被機體直接吸收，但機體通過巨噬細胞等搬運走材料的降解產物固形物。所以綜上所述，我們最終選擇了“可降解金屬”作為統一術語（因為它已經被廣泛采用，并且降解特性是材料的屬性，用biodegradable來修飾metals應該比用bioabsorbable更貼切，但實際上biodegradable metals的最高境界是“100% bioabsorbable ”。
《可降解金屬》分為上下兩冊，上冊包括：第一篇基礎篇，包括5章，重點介紹可降解金屬的定義、分類和發展歷史、研究方法、合金元素的生理學作用、可降解金屬的新穎結構、可降解金屬的表面改性方法；第二篇應用篇，包括8章，重點介紹可降解金屬醫療器械的加工與設計、可降解鎂金屬器械在骨科、心血管科、普外科等臨床場合的應用、可降解鎂合金吻合釘的設計與評價、鎂營養添加劑與相關疾病的治療與防護、含可降解鎂金屬粉末的骨組織工程支架設計與評價、可降解鎂金屬的生物功能探索。下冊包括：第三篇代表性材料篇，包括14章，重點介紹純鎂、鎂鈣、鎂鍶、鎂鋅、鎂鋰、鎂錫、鎂-(硅、錳、鋯、銀)、鎂釔、鎂鋅稀土、鎂釹鋅基合金、鎂-(釓、鑭、鈰、鏑)、鐵基合金、鋅基合金、大塊非晶合金等可降解金屬體系。
中國工程院院士戴尅戎還為本書作了序言，分享給大家。
序
由于具有可降解性、良好的生物力學性能（如高拉伸強度、與骨相似的彈性模量等），以及低廉的成本價格，以鎂和鎂合金為代表的可降解金屬能否成為新型的內植物材料，是目前金屬生物材料領域的研究熱點。實際上早在19世紀后期就有人將可降解鎂基金屬用于血管結扎和腸、血管吻合。到上世紀30年代，就有關于可降解鎂基金屬作為骨科內植物材料的報道，不過諸多嘗試均因內植物在體內降解過快而以失敗告終。進入21世紀以來，在材料學家和臨床醫生的不斷努力之下，降解速率等問題可能通過應用防護涂層、新合成方法、新鎂合金的發明而取得突破。基于上述努力，盡管可降解金屬目前不能像常用的非降解骨內固定物、心血管支架那樣應用于臨床，但鑒于其具備現有金屬生物材料所沒有的可降解性，和一些優于目前應用的聚乳酸等可吸收材料的特點，使人們一直沒有放棄促使可降解金屬成為具有獨特性能的醫學內植入材料的追求和努力。
研發可降解金屬內植物，最為關鍵的要素在于“安全”。以骨科內植物為例，可降解金屬需具有足夠的力學安全、降解時間安全、降解微環境安全性能。其次，使用可降解金屬同樣是對疾病治療模式的創新，應符合個性化和精準化的要求。應能滿足不同病人在內植物尺寸、降解速度、力學性能及其在降解過程中的變化，應該是“個體化”和“功能化”的，這就需要實現鎂和鎂合金的疾病適配、力學適配、降解適配、元素適配、免疫適配。
我國的可降解金屬研究一直處于國際先進和領先行列，特別是在可降解鎂基金屬的設計加工、表面改性、降解機制、降解后微環境生物學分析等方面，國內的科學家有許多較新穎的研究報道。《可降解金屬》一書集合了我國可降解金屬研究的13家單位多個團隊的智慧結晶，將帶給讀者們系統的、前沿的知識和啟迪。
戴尅戎
2016年5月20日
本文摘編自鄭玉峰、秦嶺、楊柯等著《可降解金屬》（上下冊）序及前言，內容有刪減。
可降解金屬（上下冊）
鄭玉峰、秦 嶺、楊 柯 等?著
北京：科學出版社，2016.11
ISBN?978-7-03-050394-7 ? ? ? ? ? ? ? ?978-7-03-050393-0
醫用可降解金屬兼具傳統醫用金屬材料的綜合力學性能和獨特的體液腐蝕降解特性 ，是近年來生物醫用金屬材料領域的研究熱點。《可降解金屬》分為上下兩冊，上冊包括：第一篇基礎篇，包括5章，重點介紹可降解金屬的定義、分類和發展歷史、研究方法、合金元素的生理學作用、可降解金屬的新穎結構、可降解金屬的表面改性方法；第二篇應用篇，包括8章，重點介紹可降解金屬醫療器械的加工與設計、可降解鎂金屬器械在骨科、心血管科、普外科等臨床場合的應用、可降解鎂合金吻合釘的設計與評價、鎂營養添加劑與相關疾病的治療與防護、含可降解鎂金屬粉末的骨組織工程支架設計與評價、可降解鎂金屬的生物功能探索。
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