錳是人體必需的微量元素，與多種生理功能相關。錳離子通過影響整合素，增強細胞對細胞外基質蛋白的粘附，從而促進骨骼形成并影響骨組織代謝。同時，錳是人體中多種酶的輔因子，如精氨酸酶和谷氨酰胺合成酶，并在免疫功能和能量代謝中發揮重要作用。

近年來，隨著干細胞技術和骨組織工程技術的發展，功能性金屬離子通過物理或化學方法被摻入骨修復材料中，這些離子在材料降解后釋放出來。這些金屬離子可以作用于附著在材料表面的干細胞，促進其骨質生成分化，并發揮治療作用。骨組織工程技術已被廣泛應用于組織修復和再生領域，骨缺損已成為組織工程領域的主要挑戰之一，使其成為生物材料研究的重要焦點。結構和組成與天然骨組織相似的支架材料是骨骼再生的理想候選。然而，缺乏骨誘導能力極大限制了膠原蛋白、羥基磷灰石和磷酸β三鈣酸鹽等材料的骨骼修復效率。對這些材料進行無機功能性離子的改造可以增強其骨形成能力。近年來，研究更廣泛的功能離子主要是鎂離子（Mg）、鋅離子（Zn）和鍶離子（Sr），而錳離子的研究較少。隨著錳研究的深入，人們發現將其添加到不同類型的生物材料中可以進一步提升其機械性能、成骨能力和抗菌特性，使其成為生物材料研究的新方向。

錳元素在醫用金屬生物材料中的應用

醫療金屬生物材料種類繁多，如316升不銹鋼、鈦合金、鋯合金、鈷鉻合金、鎳鈦合金、鎂合金和鎂合金、鐵基合金以及鋅基合金。由于其機械性能、性能、良好的耐腐蝕性和降解性能以及生物相容性，廣泛應用于口腔植入物材料、骨科內固定材料、骨缺損修復植入材料、血管支架材料等領域。

然而，不同類型的生物合金材料在實際臨床應用中仍存在一些不足。例如，鎂及其合金在人體中腐蝕和降解迅速。腐蝕和降解發生在與人體血液和體液相互作用后釋放。大量氫氣不利于骨組織的愈合;體內鐵和鐵基金屬生物材料的降解速度過慢，植入物需要取出兩次，這很容易對手術區域造成二次損傷;傳統的Ti-6Al-4V醫用鈦合金高彈性模量可能導致新生骨組織的骨質疏松。同時，腐蝕和降解后釋放有毒的鋁和釩離子，植入人體后容易引發炎癥反應;鋅及其合金強度和塑性較低，且機械性能較差，限制了其臨床應用。為了改善上述合金的缺陷，錳元素具有以下三個優點：（1）錳元素是人體必需的微量元素，具有良好的生物相容性;（2）添加合金可以有效提升機械強度和耐腐蝕性;（3）它具有良好的成骨作用，能促進細胞增殖、粘附、擴散并調節骨代謝。因此，將錳引入合金材料是提升合金材料生物和機械性能的有效策略。

結合錳元素后，醫用金屬生物材料可以有效提升材料的機械性能、生物相容性和抗菌性能。同時，它增強了間充質干細胞的體外骨生成分化，從而增強了材料的骨整合效應，進一步提升了醫學用途。金屬生物材料的性質是醫療金屬材料發展的前景。

錳在骨組織工程材料中的應用

骨組織工程材料主要用于修復骨缺陷。目前修復骨缺損的方法主要是自體骨和異體骨移植。然而，他們的不足也顯而易見。自身骨移植需要從患者體內獲得，并需要第二次手術，這會導致供區受損并增加手術風險。異體骨移植可能導致免疫排斥，且稀缺。這些缺陷限制了其臨床應用。骨組織工程材料正好彌補了上述不足。常用材料主要包括生物陶瓷材料（如羥基磷灰石和磷酸三醛酸鹽等）、聚合物有機合成材料（主要包括聚乳酸、聚乙醇酸和聚乳酸羥基醋酸等），以及天然聚合物材料（如幾丁質及其衍生物、纖維蛋白和膠原蛋白）等。這些材料具有良好的抗壓強度、生物相容性和骨整合效果，而錳離子的加入則改變并增強了這些效果，使其成為更優秀的種植修復材料。

將錳離子引入骨組織工程材料具有以下優勢：

（1）錳離子提升了生物陶瓷支架材料的機械性能。

（2）錳離子賦予材料一定的抗菌作用。

（3）錳離子還能進一步增強材料的成骨作用。

大量研究還表明，與羥基磷灰石相比，含錳的羥基磷灰石具有更好的生物相容性，顯著增強細胞的附著和增殖能力。

錳在藥物遞送和腫瘤治療中的應用

藥物遞送系統主要由一系列藥物和載藥載體組成，用于以有針對性和按需的方式將藥物送達治療部位。生物醫學載體材料種類繁多，主要分為天然載體和合成載體。天然載體主要包括可降解的聚合物甲烷、聚乳酸-乙醇酸共聚物、天然凝膠、纖維素等，合成藥物載體主要包括多種形式的復合材料，如納米顆粒和水凝膠。當錳離子被摻入納米顆粒時，形成了新的藥物遞送系統，并將其引入生物載體進一步提升了該類載體的性能。

（1）錳離子的引入促進了藥物的受控釋放。同時，錳是一種順磁性金屬離子，可以替代現有的Gd3+對比劑，毒性較低且具有增強的核磁成像性能。腫瘤影像學和化療過程監測。

（2）錳離子使藥物遞送系統對pH值和光反應高度敏感，增強了光熱/光動力學治療。

（3）錳離子可以誘導抗菌作用。

隨著醫學和材料加工方法的進步，生物材料數量眾多，不同類型的生物材料具有不同的應用特性。生物材料主要包括金屬及其合金、高分子高分子、陶瓷和納米材料等，在骨組織工程、牙科、藥物遞送系統、心血管設備和癌癥治療等領域具有重要應用。然而，不同類型的生物材料也存在不同的缺點。近年來，研究發現，生物材料在引入錳離子后具有更好的機械性能、抗菌性能和促進骨骼的效果，這大大提升了生物材料的性能。它在組織工程、牙科種植體、藥物遞送系統、心血管支架和癌癥納米醫學等領域具有良好的應用價值。然而，當前該領域的研究主要集中在利用錳元素本身的特性來彌補生物材料的不足。然而，錳元素本身存在局限性，以及金屬材料中引入錳等生物材料引發的相關問題。元素比例越高，細胞毒性越強。同時，錳促進骨骼及其在體內代謝的機制尚不明確。如何控制材料中錳的比例，使其在被納入生物材料后保持良好的機械力學性能，以及抗菌和成骨特性，使材料的降解速率與骨骼生長速率相兼容，同時減少對骨骼的影響。細胞或組織的毒性，以便更好地應用于各種生物材料，仍需進一步研究。