导 读 

关键科学问题：可降解镁合金在骨科应用中常面临强度不足与腐蚀过快的两难，且传统Mg-RE（稀土）体系如WE43依赖较高REE含量引发生物安全顾虑。如何在降低稀土总量的前提下，通过微结构精准调控实现力学-耐蚀-成骨的一体化优化，是长期未解的瓶颈。 

 2025年11月04日，北京大学等联合团队在Bioactive Materials在线发表题为“低含量Er与Zn掺杂的医用镁合金在骨科应用中的综合性能提升：体内外研究”的研究论文，系统设计Mg-(1,3)Er-(1,3)Zn合金并筛选出Mg‑1Er‑1Zn，证明其在体外（浸泡/电化学/细胞）与大鼠体内（Micro‑CT/组织学/血液学/元素分布）均表现出均匀可控降解、较高强度与优良成骨性。 

 总之，研究提出“低剂量稀土+协同微结构调控”策略：Er用于晶粒细化，Zn促进动态再结晶并调控第二相（W相）弥散分布，实现力学与耐蚀的平衡；其中Mg‑1Er‑1Zn在6个月植入后仍具结构完整性，体内降解速率约0.27 mm·y⁻¹，显示出明确的骨科应用潜力，为可降解Mg‑RE‑Zn医用合金的“减稀土化”提供了可行范式。（数据与结论依据原文）  

👩‍⚕️ AI快评 •  最大亮点：在≤3 wt%低剂量稀土框架下，通过Er细化+Zn促再结晶实现强度—耐蚀—成骨的三重统筹，优选出Mg‑1Er‑1Zn这一平衡点。  •  贡献：为“高REE含量—生物安全”悖论提供减量化替代，并以完整的体外/体内证据链验证长期骨整合与系统安全。  •  潜在价值：有望用于骨科螺钉/微型板等高强度需求场景；与表面涂层/LPSO相调控/AI材料设计结合，可进一步定制降解曲线。 

摘 要 

稀土元素（REEs）作为镁（Mg）的常用合金化元素，因其在熔体净化与力学强化方面的突出作用而被广泛研究。然而在骨科应用中，迄今获得CE认证的Mg‑RE植入物仅源自WE43合金，该合金含有较高比例的稀土（4 wt% Y与3 wt%混合稀土），引发生物安全方面的担忧。未来的Mg‑RE合金应在降低稀土用量与种类的前提下实现性能提升。本研究在Mg中加入低含量Er与Zn（≤3 wt%）。结果表明：Er促进晶粒细化，Zn促进合金的动态再结晶；与二元Mg‑Er或Mg‑Zn合金相比，Er/Zn协同可进一步强化合金。在所研究的系列中，Mg‑1Er‑1Zn表现出突出的综合性能，具有相对均匀的腐蚀形貌、优良的力学指标与显著的成骨特性，显示出骨科应用潜力。基于上述结果，建议在开发新型Mg‑RE‑Zn骨科植入材料时，采用优化的微结构调控并严格控制稀土种类与加入量，作为实现综合性能提升的关键策略。  

研究方法 

总体思路：设计Mg-(1,3)Er-(1,3)Zn系列，通过熔炼—热挤压成形，开展微结构/力学/腐蚀/电化学/细胞/血液相容性/大鼠体内骨整合与系统安全的分层评估，筛选力学—降解—生物学性能最优配比。 

•  样本/模型：Mg-(1,3)Er-(1,3)Zn、Mg-(1,3)Er、Mg-(1,3)Zn合金棒材（直径约12 mm），体外：Hank’s溶液浸泡与电化学；细胞毒性与溶血；体内：大鼠骨内植入模型（Micro‑CT、组织学、血液学、器官元素分布）。（见文献2.7节）  

•  关键材料/工具：真空感应熔炼（VIM）/Ta坩埚；热挤压（挤压比≈10）；光学显微镜、SEM/EDS、XRD；拉伸/显微硬度；电化学（OCP、极化曲线、icorr）。  

•  实验流程要点：成分限定≤3 wt%（Er、Zn）；表征晶粒与第二相（W相，Mg3Er2Zn3）；240 h浸泡计权损；10 d pH演化；细胞提取液法评估（ISO 10993‑5）；溶血率（ISO 10993‑4）；随访至6个月评估骨整合与体内降解。  

•  统计分析：见原文2.8节；图中显著性与统计方法以论文为准。  

•  重复性与可用性：多批次成分/结构/性能交叉验证；体内外一致性讨论并与临床CE标产品对标（如Magnezix®）。    

图表展示

图1. 挤压态合金的光学显微与SEM微观组织及XRD相组成：比较Mg‑Er‑Zn、Mg‑Er、Mg‑Zn的晶粒与第二相；三元合金检测到W相（Mg3Er2Zn3），其峰强度随Er/Zn含量升高而增强。  

图2. 力学性能（UTS、TYS、杨氏模量、延伸率、显微硬度）：Mg‑1Er‑1Zn与Mg‑3Er‑1Zn的TYS约282±11与289±17 MPa；三元3–3配比因W相过量导致强韧性下降。  

图3. 10天浸泡的演化与240 h质量损失计算的体外腐蚀速率：3Er‑3Zn腐蚀加剧；Mg‑1Er‑1Zn呈相对均匀腐蚀与中低速率。  

图4. 120 h浸泡后的截面形貌与EDS元素映射：Mg‑1Er与Mg‑1Er‑3Zn呈双层腐蚀膜（内层Mg/O，外层Ca/P/O），而Mg‑1Er‑1Zn腐蚀层更薄且均匀，少见深孔蚀。  

图5. 240 h浸泡后的表面形貌与XRD腐蚀产物：3Er‑3Zn样品更致密但表明更重腐蚀；腐蚀产物Ca/P比例降低，与EDS一致。  

图6. 电化学评估（OCP、极化、icorr）：3Er‑3Zn的腐蚀电流密度28±2 μA·cm⁻²最高；OCP波动与腐蚀膜形成/溶解相关。  

图7. 提取液离子释放（Mg²⁺/Er³⁺/Zn²⁺）与细胞活力：1Zn与1Er‑1Zn离子释放最低；所有组5天活力>70%（ISO 10993‑5判定为无细胞毒）。  

图8. 体内Micro‑CT三维重建与指标（BMD、BIC、BV/TV）及体积损失：Mg‑1Er‑1Zn显示更优骨整合与较低体积损失（6个月约31±9%）。  

图9. 硬组织切片MB/AF与去钙骨H&E：不同时间点（1、3、6个月）显示新骨生成与界面愈合进程。    

图10. 主要脏器H&E（心/肝/脾/肺/肾）：多时点组织学未见异常。  

图11. 植入6个月后的骨—植入体界面截面形貌与元素映射：新骨（B）、植入体（I）、腐蚀产物（CP）可辨；离子聚集未见连续性沉积。  

图12. 体内Mg²⁺/Er³⁺/Zn²⁺在组织与器官中的浓度：各器官水平低且无持续累积；Mg²⁺维持稳态。  

图13. 文献对比的Mg‑RE‑Zn合金力学性能综述：在REEs≤10 wt%范围内，Mg‑1Er‑1Zn以更低稀土含量实现更高强度。  

图14. 文献对比的体外腐蚀速率：标注加工态与介质类别；本研究的Mg‑1Er‑1Zn处于较低区间。