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让人造骨在生物体内“活”起来——3D打印+仿生

宣布时间：

2023-01-11 12:49

　　近日 ，西北工业大学汪焰恩教授团队的3D打印活性仿生骨技术取得突破性进展 ，团队研制的3D打印活性仿生骨可以做到与自然骨的成份、结构、力学性能抵达高度一致。动物活体试验显示 ，该技术制造的仿生骨可在生物体内“发育” ，还能让自体细胞在人造骨中生长 ，最终将人造骨与自然骨很好地生长在一起 ，融入动物体内情况。目前 ，该团队已掌握3D打印仿生骨、软骨和皮肤的技术。
 
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　　骨缺损是骨科临床最常见的疾病之一。据统计 ，我国每分钟就有7人因交通事故导致严重伤残 ，每年约有1000多万骨缺损患者。骨缺损修复重建一直是国际临床难题。古板金属、高分子质料保存仿生结构不可控、力学性能不匹配、生物相容性差、无发育功效、运动错位、磨损等术后并发症。尤其是没有生物学活性的假体 ，无法在人体内发育 ，不可与自然骨良好地融合 ，需要二次手术修复。
　　为了克服这项难题 ，科学家进行了不懈努力。随着3D打印技术的泛起 ，以生物陶瓷为质料的3D打印骨 ，成为公认最为理想的骨填充质料。近年来 ，外洋研究机构研发了3D打印生物陶瓷骨植入医疗器械。然而 ，该技术因接纳酸性粘结剂和功效梯度 ，仍未实现陶瓷骨的完全降解 ，在植入后会给患者带来剧烈疼痛等副作用。
 
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　　2004年 ，照旧西工大一名博士研究生的汪焰恩 ，就为自己立下了“研制人造骨3D打印技术及装备”的目标。关于这一想法的源起 ，汪焰恩坦言：“我母亲的腿有残疾 ，其时我只是纯粹希望能通过自己的努力治愈妈妈。”每当看着行动稳定的母亲 ，他总是特别心疼。
　　由于古板陶瓷骨与自然骨的各项性能仍有较大差别 ，不可实现在动物体内的良好发育。为解决这一问题 ，汪焰恩首先从打印质料入手。羟基磷灰石是目前世界通用的仿人骨质料 ，然而 ，如何将粉末状的羟基磷灰石粘合起来 ，一直是个难题。外洋就是因为接纳了酸性粘结剂 ，而给被植入者带来术后痛苦。
　　汪焰恩说：“也许在搞化学的人看来 ，找到一种能够粘结羟基磷灰石的质料很是简单 ，可是 ，当这个问题一旦限定在3D打印和在人体上应用时 ，就变得异常庞大了。”
　　首先 ，粘结剂大多是粘稠和外貌张力大的有机化合物 ，如何让其通过直径只有20μm(微米)近似于头发丝那么细的打印机喷嘴 ，成为最大的难题。同时 ，这种粘结剂还要能被动物乃至人体情况所接受。
　　为了找到这种合适的粘结剂 ，汪焰恩共试验了上百种差别的计划 ，用坏的喷嘴装满了好几个大箱子。终于 ，他找到了一种酸碱度类似于生物体情况 ，且性质良好不会梗塞喷嘴的粘合剂。
　　经过多年探索 ，汪焰恩和他的团队已经能将羟基磷灰石、粘合剂、细胞液、卵白液(生长因子)等凭据差别个体的骨骼性质 ，对打印质料进行科学配比 ，从而打印最适合被植入个体的人造仿生骨。
　　自然骨不但外观形态很是不规则 ，并且其内部结构也比较庞大 ，差别部位的密度纷歧。想要让人造骨在结构上模仿自然骨 ，是极具挑战的。
　　汪焰恩发明了活性生物陶瓷仿生骨3D打印技术 ，解决了“怎么打”的问题。首先 ，利用激光对被打印工具进行片层扫描 ，还原工具的宏观和微观结构。在配比质料、铺粉打印环节。古板3D打印的质料简单、密度一致、粉体简单、铺粉均匀 ，难以满足仿生骨的打印需求。汪焰恩不但研制了一套打印控制系统 ，还攻克了打印的要害机械技术 ，实现了仿生打印的结构庞大、密度不均、复合粉体和非均一铺粉。这套设备独创的常温压电超微雾化喷洒技术 ，突破了细胞液、卵白液喷洒速度、喷洒量难以精细控制的技术瓶颈 ，处于国际先进水平。
　　同时 ，团队还建立了仿生骨与自然骨渗透率检测设备 ，实现了仿生骨发育能力简便、快速、客观的评估。动物试验标明 ，仿生骨在植入动物受体体内后 ，能够很好地发育 ，也就是通过受体的新陈代谢 ，使自体细胞在人造骨中生长 ，并最终完全长成自体骨。在西北工业大学与中国人民解放军空军军医大学(后建简称空军军医大学)的联合动物试验中 ，尚未发明排异反应的案例。
　　“从目前的试验来看 ，我们还不可明确指出仿生骨在受体体内会爆发哪些副作用。这可能需要长时间的跟踪研究 ，才华有所发明。”汪焰恩的话语中充满了科学的严谨。
　　经过检测 ，该3D打印活性仿生骨与天然骨成份、结构、力学等性能抵达高度一致。与其他类似3D打印技术相比 ，具有明显的技术优势。
　　据悉 ，其团队已经掌握了仿生骨、软骨和皮肤的3D打印技术。“下一步 ，我们将继续探索真皮层中汗腺、毛囊、皮脂腺等结构的稳定打印技术 ，做到与自然皮肤很是接近。”团队成员魏庆华说。目前 ，在3D打印兔子皮肤的植入试验中 ，仿生皮肤比自体皮肤愈适时间短25%。(来源:人民日报客户端)
　　j9九游会建立于2015年 ，总投资规模23.4亿元人民币 ，是全国500强企业---j9九游会集团的全资子公司 ，公司位于河北省石家庄市平山县南甸镇j9九游会集团工业园区 ，是一家集专业研发、生产、销售高端气雾化金属粉末、激光再制造、3D打印效劳于一体的全流程增材制造公司。
　　我公司现有EOS M290打印机8台 ，EOS M400-4 1台 ，Arcam 电子束粉末快速成形系统和铂力特S310各1台 ，其中EOS M400-4设海内先进设备 ，配备四个激秃顶 ，打印效率是E0S M290单激秃顶的3倍以上 ，具有成型精确、质料利用率高等优点;公司致力于为各制造领域客户提供金属3D打印整体解决计划 ，业务主要涉及到航空航天零部件、模具、医疗器械及骨科植入物、汽车制造 ，船舶制造等领域。

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