超高纯镁膜钉在引导骨再生中的降解行为与成骨效应研究：从材料表征到临床应用探索

为解决钛膜钉需二次手术取出及镁合金降解不均等问题，北京大学口腔医院团队开展超高纯镁（UHP-Mg, 99.99937 wt.%）膜钉研究。通过力学测试、体外腐蚀实验及动物植入验证，发现UHP-Mg较商业纯镁（CP-Mg）具有更均匀的降解特性和显著增强的成骨活性，为可降解骨修复器械研发提供新策略。

　　

在口腔种植和骨缺损修复领域，引导骨再生（GBR）技术依赖屏障膜稳定维持成骨空间。传统钛膜钉虽能提供可靠固定，但存在需二次手术取出、易造成影像伪影等问题。而可降解聚合物膜钉又面临机械强度不足、降解周期不可控的困境。镁（Mg）作为人体必需元素，兼具生物降解性和成骨促进作用，但其合金中添加的铝（Al）、稀土（RE）等元素可能引发局部腐蚀和生物毒性。如何通过材料纯化优化镁的降解性能，成为突破临床转化瓶颈的关键。

北京大学口腔医院口腔颌面外科与国家口腔医学中心的研究团队在《Journal of Magnesium and Alloys》发表研究，创新性地采用纯度达99.99937 wt.%的超高纯镁（UHP-Mg）制备膜钉，并与商业纯镁（CP-Mg, 99.98 wt.%）进行系统对比。研究通过真空蒸馏熔炼结合挤压成型制备材料，运用电子背散射衍射（EBSD）分析晶粒尺寸，采用模拟临床工况的压缩/剪切测试评估力学性能，结合体外浸泡实验和兔下颌骨植入模型，通过Micro-CT三维重建、组织学染色及元素分布分析等手段全面表征材料特性。

材料表征与力学性能

EBSD显示UHP-Mg晶粒尺寸（27 μm）较CP-Mg（38 μm）更细小均匀。尽管两种镁膜钉剪切力均达55 N（与钛钉62 N接近），但UHP-Mg在4周内保持结构完整，而CP-Mg出现局部腐蚀导致的机械失效。

降解行为分析

体外浸泡28天显示UHP-Mg腐蚀速率（0.036 mm/y）显著低于CP-Mg（0.213 mm/y），且表面腐蚀形貌更均匀。动物实验中UHP-Mg12周剩余体积达85%，降解速率（0.044 mm/y）仅为CP-Mg（0.246 mm/y）的1/5，氢气泡产生量减少56%。

生物学效应

细胞实验揭示100% UHP-Mg浸提液使MC3T3-E1细胞存活率提升1.8倍，ALP活性增加2.3倍，并显著上调RUNX2、OCN等成骨基因表达。Micro-CT定量显示UHP-Mg组骨密度（0.544 g/cm³）和骨体积分数（BV/TV）均优于CP-Mg组，Goldner染色证实其周围新生骨小梁更致密。

讨论与意义

该研究首次证实通过提升镁纯度至99.99937 wt.%可同步实现三大突破：① 消除合金元素引发的电偶腐蚀，使降解速率降低80%；② 维持与钛相当的初期固定强度（55 N vs 62 N）；③ 通过调控Mg²⁺缓释创造理想成骨微环境。组织学显示UHP-Mg植入后未引发炎症反应，主要脏器未见毒性积累，其Ca/P沉积比（1.67）与天然骨高度匹配。相较于已临床应用的镁合金膜钉，UHP-Mg避免了元素毒性风险，为开发新一代"植入即忘"型骨修复器械奠定基础。未来需进一步优化膜钉结构设计，验证其在动态负载条件下的长期稳定性。