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！科技日报采访人员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 。 ”见到采访人员 ， 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 。
【3D打印+仿生，让人造骨在生物体内“活”起来】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）
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