超低含量Mg-Pr合金的组分"极简"设计：在可降解镁稀土合金中实现性能与生物相容性的完美平衡

（编辑推荐）本研究突破传统多组元高含量合金化思路，创新性提出镁稀土（Mg-RE）生物可降解材料的组分"极简"（plainification）策略。通过开发仅含0.1 wt.%镨（Pr）的Mg-0.1Pr合金，在保持与临床WE43合金相当力学性能（抗拉强度285.6 MPa）的同时，实现稀土含量降低70倍，并展现优异的体外/体内（in vitro/in vivo）降解可控性、骨相容性及促骨生成能力，为可降解金属植入物的长期生物安全性提供新范式。

　　

Highlight

本研究通过组分"极简"（plainification）策略，在可降解镁稀土（Mg-RE）合金中实现了性能与生物相容性的突破性平衡。

Multiscale microstructure

图1展示了Mg-Pr系列合金与纯镁的典型微观结构对比。微量Pr的引入显著细化了微观结构——仅含0.1 wt.% Pr的合金平均晶粒尺寸较纯镁缩小约80%，并在α-Mg基体中形成多尺度亚结构（sub-grain structures）及晶界稀土偏聚（RE segregation），这些特征在扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）分析中得到验证（图S1-S2）。值得注意的是，即使Pr含量低至0.1 wt.%，其强化效率仍媲美含7 wt.%多元稀土的WE43合金。

New trend in lean/dilute biodegradable metals

纯镁（pure Mg）虽具优异生物相容性，但力学性能不足限制了其临床应用。本研究开创性地证明：极低剂量单一稀土元素（如0.1 wt.% Pr）即可通过多尺度微观结构调控，同时满足植入物的力学需求（抗拉强度285.6 MPa）和生物代谢安全——在大鼠股骨髁16个月（覆盖植入物全生命周期）的长期观察中，Mg-0.1Pr展现出显著低于其他Mg-RE合金的稀土器官蓄积，且Pr元素未在腐蚀产物层或周围骨组织中检测到蓄积。

Conclusions

这项工作为开发"极简"组分的高性能Mg-RE合金提供了全新思路：

1. 1.

   通过超低含量（0.1 wt.%）单一Pr添加实现多尺度微观结构调控

2. 2.

   力学性能媲美临床WE43合金（含7 wt.%多元稀土）

3. 3.

   体内外（in vitro/in vivo）实验证实其降解可控性、骨整合能力及系统生物安全性

4. 4.

   为可降解金属植入物的长期代谢安全性建立新标准