3D打印+仿生,让人造骨在生物体内“活”起来

2019-06-04 16:01:01    科技日报

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。

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