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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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