生物医用镁合金研究的文献统计 析*

李霄 吴宏流 张绍翔 赵常利 张小农

近年来，关于镁及镁合金用作可降解医用植入器械材料的研究发展迅猛，已经成为世界范围内新型生物材料研究的热点之一。

早在二十世纪三四十年代，镁合金作为可降解骨折内固定材料就已经受到关注，但由于当时冶金技术的限制，镁合金的杂质太多，制作的螺钉和骨板降解过快而被放弃[1]。近年来随着冶金技术的发展，镁合金纯净度大大提高，耐蚀性得到改善，又重新引起了研究人员的兴趣，尤其是进入21 世纪以来，医用镁合金的研究更是取得了突飞猛进的成果。

相较于传统的不锈钢、钛合金等永久植入材料而言，镁金属能够在体内降解吸收，避免了由于植入物长期存在所引发的炎症、血栓等并发症[2~4]。镁离子是人体新陈代谢的必需元素[5]，能够促进骨组织愈合[6]。镁合金的密度、弹性模量等物理和力学性能指标与人骨十分接近，作为骨内固定、骨缺损修复等骨科植入器械材料能够很好的消除应力遮挡效应[7]，避免由于力学性能差异过大导致新生骨组织无法受激生长等问题。

医用镁金属及其植入器械应用的研究目前仍处于早期阶段，研究发现限制镁金属作为植入器械应用的主要问题是由于其腐蚀降解速率过快，植入器械在组织愈合前就可能失去机械完整性，因此调控镁合金的腐蚀降解速率使之与组织生长速率匹配成为了当前研究的重要方向。镁合金的腐蚀降解速率受到合金成分、微观组织结构、腐蚀环境介质以及载荷应力条件的影响[8~13]，通过表面改性提高镁金属的耐腐蚀性的研究也被重视。通过热处理和碱热处理、微弧氧化、等离子喷涂，镁合金表面可以制备出比较致密的陶瓷化涂层，在模拟体液中的降解速率明显降低；电沉积氟取代羟基磷灰石（FHA）、二水磷酸氢钙（DCPD）或者二水磷酸氢钙-聚己内酯（DCPD-PCL）复合涂层可有效延迟镁合金的腐蚀速率，并提高材料表面生物活性等[14~17]。

对于科研工作者而言，经常需要通过检索相关文献来获取自己研究领域的研究进展，并确定自己的研究方向。因此文献的数量与质量可以大体反应出某一研究领域的概貌，而专利的数量则表征了理论研究转化为实际应用的情况。我们可以通过分析文献每年的变化趋势来获知该领域的发展方向，分析文献的国家地区分布了解各国对于该研究领域的重视情况等。

本文通过对医用镁合金的论文、专利等文献资料的计量学分析，即通过文献检索、计量统计的研究方法，表征在特定主题、领域、机构、国家等文章和专利的分布情况[18]，尤其是在各个不同应用方向如骨科、心血管科等的统计，描绘出医用镁合金的研究概况，为相关科研工作者提供参考借鉴。

1 检索处理方法介绍

1.1 文献的检索与选择

本文选择由美国科学情报研究所（ISI）所创办出版的引文数据库SCI（science citation index,科学引文索引）作为文献检索平台。SCI 收录的期刊是通过科学的引文数据分析以及同行评估相结合的方法筛选所得，其综合评估了期刊的科学与学术价值，目前已成为国际公认的反映基础科学研究水准的代表性工具。本文正是基于这个检索数据库进行统计分析，以便能够准确把握镁金属在医疗应用领域的研究成果与发展趋势。

鉴于镁金属在医疗领域研究时间较短，且近几年发展迅速，因此我们重点统计2000 年以来的文献与专利，在SCI 数据库搜索关键词“magnesium alloy”and“biodegradable/ biocorrosion/biomedical/biomaterial/medical/clinical/invivo/in vitro”得到554条文献记录，进一步通过对文献题目、摘要、结论等的分析，剔除55 篇与镁金属无关以及限于镁合金工程领域而非生物医用领域的文章，得到了499 篇医用镁金属研究的文献。

本文选取以下的标准进行分类统计：出版年份；来源期刊；文献类型；国家地区；机构组织；文章作者；被引用频次；基金资助情况；医疗应用类别。

1.2 专利的检索与选择

本文选择Derwent Innovations Index 作为专利检索平台。Derwent是全球最权威的专利情报和科技情报机构之一，并与姐妹公司ISI、Delphion、Techstreet、Current Drugs、Wila 等著名情报机构共同组成Thomson 科技信息集团（Thomson Scientific）。DerwentInnovationsIndex 收录来自全球40 多个国家及专利机构的14,800,000 余项发明专利，以及被引和施引专利、被引文献和全文专利数据来源文献，专利文献索引回溯至1963年，专利引文索引回溯至1973 年。Derwent Innovations Index可以说是全世界专利检索最权威的平台之一，通过搜索来自世界各国的专利情况，可以从中得知科技成果转化为实用性产品的进程和速度，也可以从中知道这个科技成果的受关注度。本文以“medicalmagnesiumalloy”为关键词搜索相关专利，检索时间跨度同样为2000~2012 年，搜索到523 篇专利，从中剔除工业镁合金、与镁合金相关性不强的产品设计、其他合金产品等专利，剩下86 篇相关性最强的医用镁合金专利进行分析。

2 统计分析结果

2.1 文献出版年份

图1 SCI 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金文献数量

2000 年至今，SCI 数据库收录的医用镁金属的文献总体上呈现上升的趋势，尤其从2006 年开始，其增长速度极其迅猛，这说明了医用镁的研究成为科研的热点，大量的研究成果被发表出来。不过需要注意的是，一般研究的发展趋势大多数呈"s"形曲线，即先慢后快最后趋于平缓，根据2011 年与2012 年的数据可以推断，医用镁的研究很有可能在未来几年中达到一个较平缓稳定的发展状态。

2.2 文献来源期刊

根据期刊分类统计结果，我们可以发现收录医用镁合金文献最多的期刊为Acta Biomaterialia，收录45 篇，占全部文献的9.02%，其次是Materials Letters 以及Materials Sciences and Engineering B-Advanced Functional Solid-State Materials，这三份期刊共发表了约1∕4 的医用镁合金相关文献。

表1 SCI 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金论文来源期刊统计

2.3 文献类型

SCI 数据库收录医用镁合金的文献以论著居多，共428篇，占总数的85.77%，其次为会议记录43 篇，综述20 篇，会议摘要6 篇，社论2 篇。

表2 SCI 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金文献类型统计

2.4 文献来源的国家地区

通过对文献发表的国家地区统计可以发现，自2000 年以来，SCI收录的医用镁合金的文献近半数来自中国，为211 篇，占总数的42.285%，其次为德国94 篇，美国52 篇，澳大利亚40 篇，日本26 篇，其余国家地区小于20 篇。这说明了我国在医用镁合金的研究中具有较为明显的优势，占据着这一研究领域的主导地位。

图2 SCI数据库2000 至2012 年收录医用镁合金文献来源的国家地区排名

2.5 文献来源的组织机构

2000 年至今，被SCI收录医用镁合金文献最多的机构为中国科学院，为56 篇，占总数的11.222%，其次为汉诺威医学院30 篇，汉诺威莱布尼兹大学27 篇，上海交通大学27 篇，香港城市大学23 篇，哈尔滨工业大学22 篇，其余机构小于20篇。可以看出SCI 收录文献居首的几所机构均分布在中国与德国，该统计分析与国家地区的统计相符。

图3 SCI数据库2000 至2012 年收录医用镁合金文献来源组织机构排名

2.6 文献作者

2000 至今，SCI 数据库收录医用镁合金文献最多的作者为YANG K，共收录30 篇，占总数的6.012%，其次为WITTE F 23 篇，CHU PK 22 篇，MEYER-LINDENBERG A 22 篇，HORT N 20 篇，其余作者少于20 篇。

图4 SCI 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金文献作者排名

2.7 论文被引用频次

表3 SCI 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金论文被引频次前十名的论文

被引频次的多少可以反映一篇文献被同行认可的程度，并体现该文献在某领域的相对价值。通过SCI 数据库被引用频次排名可以看到，在医用镁合金研究领域比较经典的文献有：

“Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: A review”，作者Staiger M P,A M Pietak,et al.发表于2006 年的Biomaterials，至今为止被引用频率达448 次。

“In vivo corrosion of four magnesium alloys and the associated bone response”，作者Witte F, V Kaese, et al . 发表于2005 年的Biomaterials，至今为止被引用频率达397 次。

“In vitro and in vivo corrosion measurements of magnesium alloys”，作者Witte F,J Fischer,et al.发表于2006 年的Biomaterials，至今为止被引用频率达267 次。

“Control of biodegradation of biocompatable magnesium alloys”，作者Song G L.发表于2007 年的Corrosion Science，至今为止被引用频率达217 次。

“Biocorrosion of magnesium alloys:a new principle in cardiovascular implant technology?”，作者Heublein B, R Rohde,et al.发表于2003 年的Heart，至今为止被引用频率达200 次。

其余文献被引用次数少于200 次。

2.8 文献所获基金资助情况

2000 年至今，SCI 收录的医用镁合金文献中有80 篇为中国国家自然科学基金项目，所占比例最高为11.824%，其次为中国的国家重点基础研究发展计划项目24 篇，德国科研基金会项目22 篇，其余资助项目不足20 篇。

图5 SCI数据库2000 至2012 年收录医用镁合金文献基金资助机构排名

通过仔细分析中国国家自然科学基金项目（NSFC）资助情况，我们发现镁合金相关课题的数量呈逐年增加的趋势，2010 年之前不足5 项，2010 年有10 项，2011 年有11 项，2012年获得资助的项目则达到了16 项。其中上海交通大学与中国科学院各有6 项，位居第一，这与之前的组织机构统计结果相吻合。进一步分析具体领域，我们发现关于镁合金降解性能调控等基础类研究的课题数量最多，为19 项，其次为骨科类器械研究课题有18 项，心血管支架方向的研究课题有5项，普外科有1 项。

2.9 文献对应医疗器械应用类别

目前医用镁合金主要针对三大类医疗器械领域，分别是：

（1）骨科（orthopedic）：如骨钉，骨板等固定器械。

（2）心血管科（cardiovascular）：如血管支架等。

（3）普通外科（general surgery）：如肠胃吻合/缝合材料等。

通过比较发现SCI 数据库2000 年至今收录医用镁合金的文献有半数以上是关于骨科应用的，为272 篇，占总数的54.51%，其次为心血管科95 篇，普通外科55 篇。镁合金之所以被广泛应用于骨科研究是由于其优异的生物相容性且力学性能优良，而且降解产物镁离子能够促进成骨，为广大医学、材料科研工作者所青睐。

图6 SCI数据库2000 至2012 年收录医用镁合金文献对应医疗器械应用类别统计

2.10 专利授权年份

从2000年至今，2000~2001 年未发现医用镁合金的相关专利，从上文的分析也可以看到这两年医用镁合金的文献很少，属于刚刚起步的阶段，尚没有实际的实用性产品产生，随着研究的深入，2002~2006 年开始每年都有一定数量的专利产生，说明研究成果开始转化为实用性的产品，随后医用镁合金的研究大热，相关文献数量开始不断攀升的时候，2006 年开始专利数量也在逐年增加，一直到2008 年至今，都保持着每年十几篇的数量在递增，这与文献数量的增长是一致的，说明医用镁合金研究趋势的饱和，也说明了越来越多的医用镁合金成果正在不断转化为实用性产品，开始进入产业化商品化的阶段。

图7 DII 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金专利数量

2.11 专利的国家地区分布

从专利授权的情况来看，中国的授权数量最多，其次是美国、日本和德国，这与文献的数量是相匹配的，说明这些地区通过大量的研究已经开始慢慢转向产业化和产品化，而且中国在这方面具有较大的优势。

表4 DII数据库2000 至2012 年收录医用镁合金专利的国家地区统计

2.12 专利权人

表5 DII 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金专利权人统计

从专利权人被授权的专利可以看到，被授权最多的为Zhang X 和Gerold B，为四篇专利，数量也不多，说明专利权人还比较分散，其他都是一篇专利居多。

2.13 专利对应医疗器械应用类别

从专利涉及的器械应用方向，可以看出医用镁合金进入临床应用的专利及实用性产品仍然很少，在这么多专利中占据比较少的数量，而在医疗三大领域中，应用最广属心血管领域，这里医用镁合金主要用来制作血管支架，也说明镁合金在这方面拥有较大的优势。而多数的专利仍是医用镁合金的合金成分和作为复合材料的基体和增强体出现，或者是工业生产的方法和表面处理的方法，说明医用镁合金仍然停留在材料产业化的阶段，没有进入实用性阶段，这说明医用镁合金的产业化和商品化仍大有可为。

表6 DII 数据库2000 至2012 年收录医用镁合金专利对应医疗器械应用类别

3 结论

通过对SCI 数据库2000 年至今所收录文献检索可以发现，医用镁合金的研究成果呈逐年上升的趋势，但是综合近两年的发表情况推测，其研究正逐步进入一个平稳发展阶段。通过对来源期刊分析可以发现，Acta Biomaterialia 收录文献比例最高，相关研究人员可以通过该期刊了解掌握医用镁合金的发展趋势与现状。而文献的种类中论著类最多，对于学科类别而言，材料科学类居首，说明大多数研究还处于基础科学阶段，离应用还有一定的距离。从国家地区上来看，中国、德国与美国发表了绝大多数的文献，占据了医用镁合金研究的主导地位，机构来源则表明中国科学院文献发表数量居首，而对该领域研究资助最多的机构为中国国家自然科学基金，说明了中国对于该类研究的重视。发表文献最多的作者为YANG K，而被引用频次最高的文章为“Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials:A review”，可谓是医用镁合金的经典文献。对于应用类别分类统计表明，镁合金作为骨科植入器械的研究占了半数以上，这得益于镁合金优异的生物相容性与机械性能，以及镁离子的成骨特性。

通过对DII 数据库中相关专利检索可以发现，专利申请数量的走势与文献相一致，越来越多的医用镁合金研究理论正逐步转化为实用成果，并逐步进入平缓发展期。而针对不同医疗领域的统计可以发现，大多数的专利停留在材料产业化的阶段，尚未真正转化为临床医用商品，其前景还大有可为。

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