骨动未来——让人工骨活起来

摘 要：随着中国逐渐步入老龄化社会，骨、关节损坏成为了一个社会性问题。据估算，我国每年需要进行骨修复手术超1 000万例。目前，3D打印技术日趋成熟，超过5 mm的大段人工骨支架和载有细胞的类骨组织有了可行的制造方式。慧众生物团队针对骨、关节问题，创新了可发育生物陶瓷骨支架的3D打印技术，并依靠新技术开发了系列产品。

关键词：仿生骨知识库；生物陶瓷粉体；固结液雾化喷洒模型

1 项目简介

发明了新型生物陶瓷常温固结液，创建了仿生骨知识库。研制出用于微-宏拓扑结构、力学-功能梯度骨支架制造的仿生骨知识库，可根据病患结构和力学特征精准匹配材料组分；基于生物陶瓷本体与固结液互浸固化机理，发明了可微滴喷洒、常温固结生物陶瓷粉体的固结液，经3 300余例临床诊断模型验证，效果良好。

攻克了生物陶瓷粉体的一次性强韧固结难题，建立了固结液雾化喷洒模型和固结液与生物陶瓷粉体互浸强韧固化模型。发明了生物陶瓷粉体精准有序固化工艺，解决了陶瓷骨强韧兼顾、力学仿生难题，实现了6 cm以上大段陶瓷骨支架“整体增材制造、局部剪切塑形”。固结液的雾化、喷洒模型如图1所示。

发明了生物墨水、固结液常温压电协同精准喷洒技术。突破生物墨水、固结液喷洒速度、喷洒量难以精细控制的技术瓶颈，发明了生物墨水定向精准喷洒关键技术及装备。开发了含活性蛋白悬浮液精准喷洒关键技术，攻克了生物墨水定点定量打印工艺难题，实现了生物墨水0.025 mm精准喷洒。

开发了骨骼损伤教学模型。依靠项目研制的3D打印装备可获得复杂的骨骼解剖结构，如髋臼、骨盆、颌面等，能够将骨折形态及病变部位清晰、准确地复制并呈现，经相关工艺处理后可提高模型的强度，且能为不同解剖位置设置颜色进行区分，方便教学。医学生可以从任意角度观察其解剖结构和病理特征，让医学生在学习过程中能够清晰直观地理解手术操作要点，之后在手术实际操作中印证和强化。

开发了全骨仿生术前彩排模型。利用高精度3D打印和喷洒工艺执行仿生制造指令，实现了病例模型的个性化定制，得到了具有松质骨和密质骨结构的人工骨骼。为术前手术设计等重要手术环节提供物理操作模型，可明显改善手术效果，降低对临床经验的依赖，缩短30%～50%的手术时间，降低了术中和术后并发症的发生概率，能够有效促进患者恢复。全骨仿生术前彩排模型如图2所示。

发明了可发育骨支架三维打印装备。基于可发育生物陶瓷骨支架实验原理，实现了如下功能：

（1）对三维平台的开发及其精准控制；

（2）对基体材料的精准铺放控制；

（3）通过生物墨水供给系统研发，实现了生物陶瓷粉末材料的常温固化，实现了结构/功能一体化可发育生物陶瓷骨支架的常温制造，且制造精度经第三方检测为0.025 mm。

可发育骨支架三维打印装备如图3所示。