Biodegradable metals are breaking the current paradigm in biomaterial science to develop only corrosion resistant metals. In particular, metals which consist of trace elements existing in the human body are promising candidates for temporary implant materials. These implants would be temporarily needed to provide mechanical support during the healing process of the injured or pathological tissue. Magnesium and its alloys have been investigated recently by many authors as a suitable biodegradable biomaterial. In this investigative review we would like to summarize the latest achievements and comment on the selection and use, test methods and the approaches to develop and produce magnesium alloys that are intended to perform clinically with an appropriate host response.

Magnesium alloys have attracted increasing interest in the past years due to their potential as implant materials. This interest is based on the fact that magnesium and its alloys are degradable during their time of service in the human body. Moreover magnesium alloys offer a property profile that is very close or even similar to that of human bone. The chemical composition triggers the resulting microstructure and features of degradation. In addition, the entire manufacturing route has an influence on the morphology of the microstructure after processing. Therefore the composition and the manufacturing route have to be chosen carefully with regard to the requirements of an application. This paper discusses the influence of composition and heat treatments on the microstructure, mechanical properties and corrosion behaviour of cast Mg-Gd alloys. Recommendations are given for the design of future degradable magnesium based implant materials.

Degradable magnesium alloys for biomedical application are on the verge of being used clinically. Rare earth elements (REEs) are used to improve the mechanical properties of the alloys, but in more or less undefined mixtures. For some elements of this group, data on toxicity and influence on cells are sparse. Therefore in this study the in vitro cytotoxicity of the elements yttrium (Y), neodymium (Nd), dysprosium (Dy), praseodymium (Pr), gadolinium (Gd), lanthanum (La), cerium (Ce), europium (Eu), lithium (Li) and zirconium (Zr) was evaluated by incubation with the chlorides (10-2000 microM); magnesium (Mg) and calcium (Ca) were tested at higher concentrations (200 and 50mM, respectively). The influence on viability of human osteosarcoma cell line MG63, human umbilical cord perivascular (HUCPV) cells and mouse macrophages (RAW 264.7) was determined, as well as the induction of apoptosis and the expression of inflammatory factors (TNF-alpha, IL-1alpha). Significant differences between the applied cells could be observed. RAW exhibited the highest and HUCPV the lowest sensitivity. La and Ce showed the highest cytotoxicity of the analysed elements. Of the elements with high solubility in magnesium alloys, Gd and Dy seem to be more suitable than Y. The focus of magnesium alloy development for biomedical applications should include most defined alloy compositions with well-known tissue-specific and systemic effects.

The use of magnesium alloys as degradable metals for biomedical applications is a topic of ongoing research and the demand for multifunctional materials is increasing.Hence, binary Mg-Ag alloys were designed as implant materials to combine the favourable properties of magnesium with the well-known antibacterial property of silver.In this study, three Mg-Ag alloys, Mg2Ag, Mg4Ag and Mg6Ag that contain 1.87 %, 3.82 % and 6.00 % silver by weight, respectively, were cast and processed with solution (T4) and aging (T6) heat treatment.The metallurgical analysis and phase identification showed that all alloys contained Mg4Ag as the dominant β phase.After heat treatment, the mechanical properties of all Mg-Ag alloys were significantly improved and the corrosion rate was also significantly reduced, due to presence of silver.Mg(OH) 2 and MgO present the main magnesium corrosion products, while AgCl was found as the corresponding primary silver corrosion product.Immersion tests, under cell culture conditions, demonstrated that the silver content did not significantly shift the pH and magnesium ion release.In vitro tests, with both primary osteoblasts and cell lines (MG63, RAW 264.7), revealed that Mg-Ag alloys show negligible cytotoxicity and sound cytocompatibility.Antibacterial assays, performed in a dynamic bioreactor system, proved that the alloys reduce the viability of two common pathogenic bacteria, Staphylococcus aureus (DSMZ 20231) and Staphylococcus epidermidis (DSMZ 3269), and the results showed that the killing rate of the alloys against tested bacteria exceeded 90%.In summary, biodegradable Mg-Ag alloys are cytocompatible materials with adjustable mechanical and corrosion properties and show promising antibacterial activity, which indicates their potential as antibacterial biodegradable implant materials.

The current generation of large language models (LLMs) has limited chemical knowledge. Recently, it has been shown that these LLMs can learn and predict chemical properties through fine-tuning. Using natural language to train machine learning models opens doors to a wider chemical audience, as field-specific featurization techniques can be omitted. In this work, we explore the potential and limitations of this approach. We studied the performance of fine-tuning three open-source LLMs (GPT-J-6B, Llama-3.1-8B, and Mistral-7B) for a range of different chemical questions. We benchmark their performances against "traditional" machine learning models and find that, in most cases, the fine-tuning approach is superior for a simple classification problem. Depending on the size of the dataset and the type of questions, we also successfully address more sophisticated problems. The most important conclusions of this work are that, for all datasets considered, their conversion into an LLM fine-tuning training set is straightforward and that fine-tuning with even relatively small datasets leads to predictive models. These results suggest that the systematic use of LLMs to guide experiments and simulations will be a powerful technique in any research study, significantly reducing unnecessary experiments or computations.

Magnesium alloys are some of the most convenient biodegradable materials for bone fracture treatment due to their tailorable degradation rate, biocompatibility, and mechanical properties resembling those of bone. Despite the fact that magnesium-based implants and ZX00 (Mg-0.45Zn-0.45Ca in wt.%), in particular, have been shown to have suitable degradation rates and good osseointegration, knowledge gaps remain in our understanding of the impact of their degradation properties on the bone’s ultrastructure. Bone is a hierarchically structured material, where not only the microstructure but also the ultrastructure are important as properties like the local mechanical response are determined by it. This study presents the first comparative analysis of bone ultrastructure parameters with high spatial resolution around ZX00 and Ti implants after 6, 12, and 24 weeks of healing. The mineralization was investigated, revealing a significant decrease in the lattice spacing of the (002) Bragg’s peak closer to the ZX00 implant in comparison to Ti, while no significant difference in the crystallite size was observed. The hydroxyapatite platelet thickness and osteon density demonstrated a decrease closer to the ZX00 implant interface. Correlative indentation and strain maps obtained by scanning X-ray diffraction measurements revealed a higher stiffness and faster mechanical adaptation of the bone surrounding Ti implants as compared to the ZX00 ones. Thus, the results suggest the incorporation of Mg2+ ions into the bone ultrastructure, as well as a lower degree of remodeling and stiffness of the bone in the presence of ZX00 implants than Ti.

With its main features of cartilage degeneration, subchondral bone sclerosis and osteophyte formation, osteoarthritis represents a multifactorial disease with no effective treatment options. As biomechanical shift in the trabecular network may be a driver for further cartilage degeneration, bone enhancement could possibly delay OA progression. Magnesium is known to be osteoconductive and already showed positive effects in OA models. We aimed to use magnesium cylinders to enhance subchondral bone quality, condition of cartilage and pain sensation compared to sole drilling