3D打印+仿生，讓人造骨在生物體內(nèi)“活”起來

來源：科技日報

骨缺損是骨科臨床最常見的疾病之一,。我國每分鐘就有7人因交通事故導致嚴重傷殘,，每年約有1000多萬骨缺損患者。骨缺損修復重建一直是國際臨床難題,。西北工業(yè)大學汪焰恩教授團隊近日在英國《聚合物》（Polymer）雜志發(fā)表論文稱,，他們研制的3D打印活性仿生骨可在生物體內(nèi)“發(fā)育”，做到與自然骨的成份、結構,、力學性能達到高度一致,，已經(jīng)到了“以假亂真”的程度！科技日報記者近日深入西北工業(yè)大學一探究竟,。

最核心的技術在于“仿生”

“傳統(tǒng)金屬,、高分子材料存在仿生結構不可控、力學性能不匹配,、生物相容性差,、無發(fā)育功能、運動錯位,、磨損等術后并發(fā)癥,。尤其是沒有生物學活性的假體，無法在人體內(nèi)發(fā)育,，不能與自然骨良好地融合,，需要二次手術修復�,！币姷接浾�,，汪焰恩教授開口就如此坦言。

汪焰恩團隊研制的3D打印仿生骨,，最核心的技術就在于“仿生”,。由于傳統(tǒng)陶瓷骨與自然骨的各項性能仍有較大差異，不能實現(xiàn)在動物體內(nèi)的良好發(fā)育,。為解決這一問題,，汪焰恩首先從打印材料入手。羥基磷灰石是目前世界通用的仿人骨材料,，然而,，如何將粉末狀的羥基磷灰石黏合起來，一直是個難題,。國外就是因為采用了酸性黏結劑,，而給被植入者帶來術后痛苦。黏結劑大多是黏稠和表面張力大的有機化合物,，如何讓其通過直徑只有20微米,、近似于頭發(fā)絲那么細的打印機噴嘴，成為最大的難題,。同時,，這種黏結劑還要能被動物乃至人體環(huán)境所接受。為了找到這種合適的黏結劑,，汪焰恩共試驗了上百種不同的方案,，用壞的噴嘴裝滿了好幾個大箱子,。終于，他找到了一種酸堿度類似于生物體環(huán)境,，且性質良好不會堵塞噴嘴的黏合劑,。

經(jīng)過多年探索，汪焰恩和他的學生已經(jīng)能將羥基磷灰石,、黏合劑,、細胞液、蛋白液（生長因子）等按照不同個體的骨骼性質,，對打印材料進行科學配比,，從而打印最適合被植入個體的人造仿生骨。

自體細胞在人造骨中生長

自然骨不僅外觀形態(tài)非常不規(guī)則,，而且其內(nèi)部結構也比較復雜,，不同部位的密度不一。想要讓人造骨在結構上模仿自然骨,，是極具挑戰(zhàn)的,。汪焰恩發(fā)明了活性生物陶瓷仿生骨3D打印技術，解決了“怎么打”的問題,。

在配比材料,、鋪粉打印環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)3D打印的材料單一,、密度一致,、粉體單一、鋪粉均勻,，難以滿足仿生骨的打印需求,。汪焰恩不僅研制了一套打印控制系統(tǒng)，還攻克了打印的關鍵機械技術,。這套設備獨創(chuàng)的常溫壓電超微霧化噴灑技術,，突破了細胞液、蛋白液噴灑速度,、噴灑量難以精細控制的技術瓶頸,，處于國際先進水平,。

動物試驗表明,，仿生骨在植入動物受體體內(nèi)后，能夠很好地發(fā)育,，也就是通過受體的新陳代謝,，使自體細胞在人造骨中生長，并最終完全長成自體骨,。

在西北工業(yè)大學與中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學的聯(lián)合動物試驗中,，尚未發(fā)現(xiàn)排異反應的案例,。

經(jīng)過檢測，該3D打印活性仿生骨與天然骨成份,、結構,、力學等性能達到高度一致。與其他類似3D打印技術相比,，具有明顯的技術優(yōu)勢,。

汪焰恩透露：“下一步，我們將繼續(xù)探索真皮層中汗腺,、毛囊,、皮脂腺等結構的穩(wěn)定打印技術，做到與自然皮膚非常接近,�,！蹦壳埃�他們��3D打印兔子皮膚的植入試驗中,，仿生皮膚比自體皮膚愈合時間短25%,。未來，也許這項技術能為骨缺損,、皮膚損傷等患者帶來治愈希望,。（史俊斌）