生物材料是用來對生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或者替換病損組織和器官，增進(jìn)功能的一類材料。而可降解生物材料是指材料被植入人體內(nèi)，能夠不斷地發(fā)生降解，降解的產(chǎn)物能被生物體所吸收的或者會排出體外的一類材料。可降解生物材料植入人體后，首先代替被替換的組織執(zhí)行功能，然后隨著材料被降解吸收，新生組織得到同步替換，達(dá)到治療的目的。可降解生物金屬材料無論是作為植入體還是醫(yī)療器械，都是在復(fù)雜的生物環(huán)境下工作。

      可降解金屬材料因其特別的降解特性和生物活性，具有臨床應(yīng)用前景。目前，可降解金屬植入物材料主要有鎂合金、鐵合金和鋅合金。大量研究表明，可降解鎂合金降解速度過快，可降解鐵合金降解速度過慢，金屬鋅的降解速率非常符合臨床要求，但其較低的力學(xué)性能限制了鋅及其合金的應(yīng)用。

      德國Bruker的高性能微區(qū)X射線熒光光譜儀M4 TORNADO可以幫助科學(xué)家篩選和開發(fā)新型的可降解生物材料，探索其在體內(nèi)的降解速率及擴(kuò)散機(jī)理。M4 TORNADO可以對大尺寸樣品（20cm x 16cm）實(shí)現(xiàn)高分辨率元素分布成像，無需噴金噴碳等樣品制備，可進(jìn)行原位無損檢測，檢出限在ppm-100%，可視化展現(xiàn)生物材料元素分布情況和生物體內(nèi)元素降解擴(kuò)散過程。

      北京航空航天大學(xué)醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院楊宏韜老師課題組在Wiley旗下AdvancedHealthcare Materials中發(fā)表了A dose-dependent spatiotemporal response of angiogenesis elicited by Zn biodegradation during the initial stage of bone regeneration，已知鋅在骨代謝中具有重要的作用，生物可降解的鋅基材料具有促進(jìn)骨創(chuàng)傷后骨再生的生物活性。

     然而，鋅的生物降解對骨修復(fù)進(jìn)程中的血管生成影響尚不清楚，血管生成在隨后的骨再生中起著至關(guān)重要的作用。此文章研究發(fā)現(xiàn)，鋅在體內(nèi)和體外的生物降解誘導(dǎo)血管生成具有一致的劑量依賴性時空響應(yīng)。在關(guān)鍵骨缺損模型中，由于生物降解導(dǎo)致的鋅釋放強(qiáng)度在術(shù)后3至10天內(nèi)增加。同時，在第10天，Zn植入物周圍cd31陽性區(qū)域的面積比明顯高于Ti植入物，表明血管生成增強(qiáng)。此外，血管生成表現(xiàn)出距離依賴特征，這與來自鋅植入物的鋅信號的強(qiáng)度分布密切相關(guān)。

     為了探索血管生成增強(qiáng)與植入材料之間的潛在關(guān)系，研究組利用背散射電子成像(BEIs)、元素映射和微區(qū)x射線熒光(μ-XRF)研究了植入物的生物降解行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

      在第3天，如果只從BEIs提供的信息看，看不到Zn植入物有明顯的降解行為。德國Bruker公司的Micro-XRF元素分布圖像顯示，在距植入物100 ~ 500 Microm處顯示出明顯Zn元素信號環(huán)，表明含Zn降解產(chǎn)物的空間分布。這是因?yàn)椋?/span>

      1.對于微量元素的檢測，Micro-XRF比EDS具有更高的檢測靈敏度，可以檢測到濃度為ppm的Zn空間信號

      2.Micro-XRF的掃描面積比EDS大，可以從更大尺度觀測Zn降解產(chǎn)物的空間分布

      與第3天相比，在第10天，BEIs圖像發(fā)現(xiàn)明顯的生物降解，其中Zn、C、O和P聚集在植入物周圍，此外，Micro-XRF圖像也顯示了在材料周圍更明顯的Zn信號,與BEIs的結(jié)果一致。

      與Zn植入物相比，Ti植入物從第3天到第10天保持惰性，EDS和Micro-XRF均檢測不到含Ti降解產(chǎn)物的信號。

布魯克微區(qū)X射線熒光光譜儀的特點(diǎn)

      德國Bruker微區(qū)X射線熒光元素分布成像技術(shù)是對不均勻、不規(guī)則、大樣品甚至小件樣品和包裹物進(jìn)行高靈敏度、非破壞性元素的成像分析，涉及領(lǐng)域包含生物金屬材料、非金屬材料、生物組織切片、醫(yī)療器械等。

      Micro-XRF相對于EDS繪圖具有以下優(yōu)勢：

      1）樣品無需進(jìn)行噴金噴碳制備，無損、非接觸式檢測；

      2）工作距離≥ 10mm，分析速度快，相同分辨率情況下，成像速度是EDS的5倍

      3）可以對樣品進(jìn)行單點(diǎn)，多點(diǎn)，線掃描，面分布成像，一次性成像面積≥190mm x 160mm, 無需拼接， 元素分布像素≥40M pixels ；

      4）Micro-XRF元素檢出范圍：ppm-100%，EDS檢出范圍≥0.1%，對于微量元素的檢測具有優(yōu)勢；

      5）X射線的穿透深度為微米到毫米級別，相比電子束可以更好地檢測亞表面成分。采用多毛細(xì)管技術(shù)，Micro-XRF系統(tǒng)中小束斑尺寸≤20μm。