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3D打印+仿生,让人造骨在生物体内“活”起来 #标题分割#3D打印+仿生,让人造骨在生物体内“活”起来

  第二看台  骨缺损是骨科临床最常见的疾病之一。 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。 西北工业大学汪焰恩教授团队近日在英国《聚合物》(Polymer)杂志发表论文称,他们研制的3D打印活性仿生骨可在生物体内发育,做到与自然骨的成份、结构、力学性能达到高度一致,已经到了以假乱真的程度!科技日报记者近日深入西北工业大学一探究竟。   最核心的技术在于仿生  传统金属、高分子材料存在仿生结构不可控、力学性能不匹配、生物相容性差、无发育功能、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,不能与自然骨良好地融合,需要二次手术修复。 见到记者,汪焰恩教授开口就如此坦言。

  汪焰恩团队研制的3D打印仿生骨,最核心的技术就在于仿生。

由于传统陶瓷骨与自然骨的各项性能仍有较大差异,不能实现在动物体内的良好发育。

为解决这一问题,汪焰恩首先从打印材料入手。

羟基磷灰石是目前世界通用的仿人骨材料,然而,如何将粉末状的羟基磷灰石黏合起来,一直是个难题。 国外就是因为采用了酸性黏结剂,而给被植入者带来术后痛苦。

黏结剂大多是黏稠和表面张力大的有机化合物,如何让其通过直径只有20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,这种黏结剂还要能被动物乃至人体环境所接受。 为了找到这种合适的黏结剂,汪焰恩共试验了上百种不同的方案,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环境,且性质良好不会堵塞喷嘴的黏合剂。

  经过多年探索,汪焰恩和他的学生已经能将羟基磷灰石、黏合剂、细胞液、蛋白液(生长因子)等按照不同个体的骨骼性质,对打印材料进行科学配比,从而打印最适合被植入个体的人造仿生骨。

  自体细胞在人造骨中生长  自然骨不仅外观形态非常不规则,而且其内部结构也比较复杂,不同部位的密度不一。 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。

  在配比材料、铺粉打印环节,传统3D打印的材料单一、密度一致、粉体单一、铺粉均匀,难以满足仿生骨的打印需求。 汪焰恩不仅研制了一套打印控制系统,还攻克了打印的关键机械技术。

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、蛋白液喷洒速度、喷洒量难以精细控制的技术瓶颈,处于国际先进水平。

  动物试验表明,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的联合动物试验中,尚未发现排异反应的案例。

  经过检测,该3D打印活性仿生骨与天然骨成份、结构、力学等性能达到高度一致。

与其他类似3D打印技术相比,具有明显的技术优势。

  汪焰恩透露: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,做到与自然皮肤非常接近。

目前,他们在3D打印兔子皮肤的植入试验中,仿生皮肤比自体皮肤愈合时间短25%。 未来,也许这项技术能为骨缺损、皮肤损伤等患者带来治愈希望。

文章来源:http://xiuwu.zhongte15231.cn/9252

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