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。(史俊斌)
关键词: 3D打印
凡本网注明“XXX(非中国微山网)提供”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和其真实性负责。
大众网·海报新闻记者张稳吕乐田阳孙震泰安报道时值深秋,泰安市邱家店镇姚家坡村迎来了一年中最忙碌的时节——作为全国最大的“秋裤村”,每
2022-10-29 18:34
在中国,每12秒有1人发生卒中,每21秒有1人死于卒中,脑血管病已成为中国居民第一位的死亡原因,早期预防显得尤为重要。每年10月29日是“世界
2022-10-29 18:39
10月28日上午,全国首个航运企业集成化审批服务平台在青岛自贸片区启动。该平台运用数据中台、AI人工智能、电子签名等技术,将涉及水路运输、
2022-10-29 18:37
海报评论员朱延鲁10月28日,山东公布了2022年前三季度全省经济运行数据。根据地区生产总值统一核算结果,前三季度,全省生产总值为64409亿元,
2022-10-29 18:31
作为正规医院,南昌丰益肛肠医院在改善就医环境、降低就医费用、优化就医流程方面下功夫;实行的无假日医院制度,为上班族看病提供便利;通过
2022-10-29 17:53
10月28日,山东发布了前三季度的全省经济运行情况。前三季度全省生产总值64409亿元,同比增长4 0%。跑赢3 0%的全国大盘,经济大省山东交出了一
2022-10-29 15:41
大众网·海报新闻记者解强民通讯员姜雁群济南报道10月28日,济南轨道交通3号线二期设备工程开工活动在稻香站举行,标志着济南轨道交通3号线二
2022-10-29 15:32
大众网·海报新闻记者梁雯济南报道11月9日至10日,2022全国中小企业数字化转型大会将于山东国际会展中心举行。本次大会主题为“创新引领发展数
2022-10-29 15:36
大众网·海报新闻记者孙杰济南报道10月28日,由中国联合国协会主办、外交部国际司支持、山东大学承办的第十八届中国模拟联合国大会开幕。此次
2022-10-29 15:42
测评每天护肤一小步变美就更进一步啦,因为对于好肌肤,我们不管是化妆还是素颜都会显得好看,今天想和大家分享一下本人亲自测评护肤品--郑
2022-10-29 14:12