摘 要：隨著中國(guó)逐漸步入老齡化社會(huì)，骨、關(guān)節(jié)損壞成為了一個(gè)社會(huì)性問(wèn)題。據(jù)估算，我國(guó)每年需要進(jìn)行骨修復(fù)手術(shù)超1 000萬(wàn)例。目前，3D打印技術(shù)日趨成熟，超過(guò)5 mm的大段人工骨支架和載有細(xì)胞的類骨組織有了可行的制造方式?；郾娚飯F(tuán)隊(duì)針對(duì)骨、關(guān)節(jié)問(wèn)題，創(chuàng)新了可發(fā)育生物陶瓷骨支架的3D打印技術(shù)，并依靠新技術(shù)開(kāi)發(fā)了系列產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：仿生骨知識(shí)庫(kù)；生物陶瓷粉體；固結(jié)液霧化噴灑模型

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

發(fā)明了新型生物陶瓷常溫固結(jié)液，創(chuàng)建了仿生骨知識(shí)庫(kù)。研制出用于微-宏拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、力學(xué)-功能梯度骨支架制造的仿生骨知識(shí)庫(kù)，可根據(jù)病患結(jié)構(gòu)和力學(xué)特征精準(zhǔn)匹配材料組分；基于生物陶瓷本體與固結(jié)液互浸固化機(jī)理，發(fā)明了可微滴噴灑、常溫固結(jié)生物陶瓷粉體的固結(jié)液，經(jīng)3 300余例臨床診斷模型驗(yàn)證，效果良好。

攻克了生物陶瓷粉體的一次性強(qiáng)韌固結(jié)難題，建立了固結(jié)液霧化噴灑模型和固結(jié)液與生物陶瓷粉體互浸強(qiáng)韌固化模型。發(fā)明了生物陶瓷粉體精準(zhǔn)有序固化工藝，解決了陶瓷骨強(qiáng)韌兼顧、力學(xué)仿生難題，實(shí)現(xiàn)了6 cm以上大段陶瓷骨支架“整體增材制造、局部剪切塑形”。固結(jié)液的霧化、噴灑模型如圖1所示。

發(fā)明了生物墨水、固結(jié)液常溫壓電協(xié)同精準(zhǔn)噴灑技術(shù)。突破生物墨水、固結(jié)液噴灑速度、噴灑量難以精細(xì)控制的技術(shù)瓶頸，發(fā)明了生物墨水定向精準(zhǔn)噴灑關(guān)鍵技術(shù)及裝備。開(kāi)發(fā)了含活性蛋白懸浮液精準(zhǔn)噴灑關(guān)鍵技術(shù)，攻克了生物墨水定點(diǎn)定量打印工藝難題，實(shí)現(xiàn)了生物墨水0.025 mm精準(zhǔn)噴灑。

開(kāi)發(fā)了骨骼損傷教學(xué)模型。依靠項(xiàng)目研制的3D打印裝備可獲得復(fù)雜的骨骼解剖結(jié)構(gòu)，如髖臼、骨盆、頜面等，能夠?qū)⒐钦坌螒B(tài)及病變部位清晰、準(zhǔn)確地復(fù)制并呈現(xiàn)，經(jīng)相關(guān)工藝處理后可提高模型的強(qiáng)度，且能為不同解剖位置設(shè)置顏色進(jìn)行區(qū)分，方便教學(xué)。醫(yī)學(xué)生可以從任意角度觀察其解剖結(jié)構(gòu)和病理特征，讓醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠清晰直觀地理解手術(shù)操作要點(diǎn)，之后在手術(shù)實(shí)際操作中印證和強(qiáng)化。

開(kāi)發(fā)了全骨仿生術(shù)前彩排模型。利用高精度3D打印和噴灑工藝執(zhí)行仿生制造指令，實(shí)現(xiàn)了病例模型的個(gè)性化定制，得到了具有松質(zhì)骨和密質(zhì)骨結(jié)構(gòu)的人工骨骼。為術(shù)前手術(shù)設(shè)計(jì)等重要手術(shù)環(huán)節(jié)提供物理操作模型，可明顯改善手術(shù)效果，降低對(duì)臨床經(jīng)驗(yàn)的依賴，縮短30%～50%的手術(shù)時(shí)間，降低了術(shù)中和術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生概率，能夠有效促進(jìn)患者恢復(fù)。全骨仿生術(shù)前彩排模型如圖2所示。

發(fā)明了可發(fā)育骨支架三維打印裝備?；诳砂l(fā)育生物陶瓷骨支架實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)現(xiàn)了如下功能：

（1）對(duì)三維平臺(tái)的開(kāi)發(fā)及其精準(zhǔn)控制；

（2）對(duì)基體材料的精準(zhǔn)鋪放控制；

（3）通過(guò)生物墨水供給系統(tǒng)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了生物陶瓷粉末材料的常溫固化，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)/功能一體化可發(fā)育生物陶瓷骨支架的常溫制造，且制造精度經(jīng)第三方檢測(cè)為0.025 mm。

可發(fā)育骨支架三維打印裝備如圖3所示。