Biodegradable Zn‐Based Implants: Progress, Challenges, and Pathways toward Clinical Translation
Source abstract
Abstract
ABSTRACT As a new generation of biomaterials, biodegradable zinc (Zn)‐based implants hold substantial promise for clinical use due to their favorable biocompatibility and controllable degradation behavior. This review summarizes recent progress in Zn‐based implants, focusing on the physiological roles of Zn, current Zn‐based implant systems, and relevant applicable standards. To address the critical challenges faced in practical applications, such as optimizing corrosion rate, antibacterial performance, and biocompatibility, researchers have employed innovative strategies, including alloying (e.g., Zn‐Mg, Zn‐Mn, Zn‐Li), surface modifications, and functional coatings. Meanwhile, a detailed overview is provided of in vitro and in vivo degradation evaluation systems, advances in preclinical animal studies, and the status of clinical trials, together with regulatory requirements for biodegradable metals set by domestic and international authorities. Key mechanistic and translational bottlenecks that currently limit clinical adoption are identified, together with critical directions for the rational design and standardized evaluation of next‐generation Zn‐based implants.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Magnesium Alloys: Properties and Applications · Trace Elements in Health · Orthopaedic implants and arthroplasty
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
School of Materials Science and Engineering Northeastern University Shenyang China
Shaanxi Key Laboratory of Biomedical Metallic Materials Northwest Institute for Non‐Ferrous Metal Research Xi'an China
School of Materials Science and Engineering Peking University Beijing China
Funding
National Natural Science Foundation of China · Natural Science Basic Research Program of Shaanxi Province · National Key Research and Development Program of China
References (100+)
Show source-provided references
1. 10.1016/j.bbe.2020.02.00310.1016/j.bbe.2020.02.003 ↗
2. 10.1002/advs.20190244310.1002/advs.201902443 ↗
3. 10.3390/met710040210.3390/met7100402 ↗
4. 10.1016/j.morpho.2018.09.00310.1016/j.morpho.2018.09.003 ↗
5. 10.1039/C8QM00507A10.1039/C8QM00507A ↗
6. 10.1039/C6RA14300H10.1039/C6RA14300H ↗
7. 10.1016/j.tibtech.2018.10.00910.1016/j.tibtech.2018.10.009 ↗
8. 10.3389/fchem.2022.86004010.3389/fchem.2022.860040 ↗
9. 10.1016/j.cossms.2020.10082210.1016/j.cossms.2020.100822 ↗
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35. 10.1016/j.jmapro.2021.05.02410.1016/j.jmapro.2021.05.024 ↗
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44. 10.1016/j.bioactmat.2025.12.02210.1016/j.bioactmat.2025.12.022 ↗
45. 10.1016/j.actbio.2020.12.01710.1016/j.actbio.2020.12.017 ↗
46. ISO “Implants for Surgery—Absorbable Implants—General Guidelines and Requirements for Assessment of Absorbable Metallic Implants ” ISO/TS 20721:2025 International Organization for Standardization Geneva Switzerland (2025).
47. ASTM International “Standard Guide for in Vitro Degradation Testing of Absorbable Metals ” ASTM F3268‐18a ASTM International West Conshohocken PA United States (2018).
48. ISO “Cardiovascular Biological Evaluation of Medical Devices—Guidance for Absorbable Implants ” ISO/TR 37137:International Organization for Standardization Geneva Switzerland (2014).
49. ISO “Biological Evaluation of Medical Devices—Part 5: Tests for in Vitro Cytotoxicity ” ISO 10993–5:2009 International Organization for Standardization Geneva Switzerland (2009).
50. 10.1016/j.biomaterials.2015.02.01810.1016/j.biomaterials.2015.02.018 ↗
51. 10.1161/01.CIR.0000038982.49640.7010.1161/01.CIR.0000038982.49640.70 ↗
52. 10.1016/j.actbio.2013.10.01110.1016/j.actbio.2013.10.011 ↗
53. 10.1016/j.corsci.2016.05.03910.1016/j.corsci.2016.05.039 ↗
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55. 10.1016/j.bioactmat.2021.05.01210.1016/j.bioactmat.2021.05.012 ↗
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61. 10.1016/j.jallcom.2015.10.11610.1016/j.jallcom.2015.10.116 ↗
62. 10.1016/j.corsci.2025.11272110.1016/j.corsci.2025.112721 ↗
63. 10.1016/j.actbio.2011.05.00810.1016/j.actbio.2011.05.008 ↗
64. 10.1016/S0010‐938X(97)89246‐310.1016/S0010‐938X(97)89246‐3 ↗
65. 10.1021/acsami.2c0091810.1021/acsami.2c00918 ↗
66. 10.1016/j.bioactmat.2018.08.00310.1016/j.bioactmat.2018.08.003 ↗
67. S.Thomas N.Birbilis M. S.Venkatraman andI. S.Cole “Corrosion of Zinc as a Function of pH ” Corrosion68 no.1(2012): 015009–1–015009–9 https://doi.org/10.5006/1.3676630.10.5006/1.3676630 ↗
68. 10.1007/s10853‐023‐08561‐w10.1007/s10853‐023‐08561‐w ↗
69. 10.1016/j.actbio.2014.07.00510.1016/j.actbio.2014.07.005 ↗
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71. 10.1016/j.mser.2014.01.00110.1016/j.mser.2014.01.001 ↗
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73. 10.1016/j.actbio.2019.01.03510.1016/j.actbio.2019.01.035 ↗
74. 10.1016/j.matlet.2019.02.08410.1016/j.matlet.2019.02.084 ↗
75. 10.1016/j.cej.2025.16389710.1016/j.cej.2025.163897 ↗
76. 10.1007/s11837‐015‐1366‐z10.1007/s11837‐015‐1366‐z ↗
77. 10.1016/j.biomaterials.2008.02.00310.1016/j.biomaterials.2008.02.003 ↗
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79. 10.1038/srep1071910.1038/srep10719 ↗
80. 10.3389/fbioe.2022.88808410.3389/fbioe.2022.888084 ↗
81. 10.3909/riog008410.3909/riog0084 ↗
82. 10.1016/j.bioactmat.2021.01.03010.1016/j.bioactmat.2021.01.030 ↗
83. 10.1007/s10904‐020‐01603‐910.1007/s10904‐020‐01603‐9 ↗
84. 10.1016/j.actbio.2020.09.04110.1016/j.actbio.2020.09.041 ↗
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95. 10.1016/j.jma.2020.08.00210.1016/j.jma.2020.08.002 ↗
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98. 10.1016/j.msec.2015.01.05610.1016/j.msec.2015.01.056 ↗
99. 10.1016/j.msec.2015.08.01510.1016/j.msec.2015.08.015 ↗
100. 10.1021/acsbiomaterials.6b0003510.1021/acsbiomaterials.6b00035 ↗