3D打印鈣硅生物陶瓷骨修復材料形成較高的準入門檻和技術(shù)壁壘

頜骨缺損，這一口腔頜面部常見的缺損疾病，其治療難度之大，源于頜面部復雜的解剖結(jié)構(gòu)、不規(guī)則的骨骼形狀以及與顱腦等重要器官的緊密毗鄰，傳統(tǒng)修復方法往往難以達到理想的治療效果。因此，開發(fā)一種能夠精準匹配頜骨缺損形態(tài)、促進骨組織再生的新型修復材料，成為了醫(yī)學界亟待解決的問題。

近年來，3D打印技術(shù)的飛速發(fā)展，在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，特別是在個性化修復治療方面展現(xiàn)出了巨大的潛力，可以快速、準確地再現(xiàn)復雜頜面部畸形或缺損，并可以制造與之相應(yīng)的個性化修復體。煙臺正海生物科技股份有限公司將3D打印技術(shù)引入生物陶瓷材料的研發(fā)中，以期在頜骨缺損修復領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

科研之路從不是一帆風順的。在項目的初期，正海生物的研發(fā)團隊面臨著諸多挑戰(zhàn)。鈣硅生物陶瓷骨修復材料的產(chǎn)品開發(fā)依托于中國科學院上海硅酸鹽研究所的科研成果，屬于基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化項目。

研發(fā)團隊工作人員表示，經(jīng)常有人把基礎(chǔ)研究工作形容為“從0到1”，基礎(chǔ)研究的產(chǎn)業(yè)化則意味著從“從1到100”。近年來，隨著材料學、生物學的發(fā)展，針對骨修復材料的研究也成為熱點，然而，國內(nèi)外的產(chǎn)品依然未有新類型的骨修復產(chǎn)品出現(xiàn)，基礎(chǔ)研究的產(chǎn)業(yè)化仍未有所突破。此外，鈣硅生物陶瓷骨修復材料屬于第三類植入型的醫(yī)療器械，對患者的生命安全和健康狀況有著直接的影響，因此對產(chǎn)品的安全性、有效性有著極高的要求。

前期研究過程中，首先要對基礎(chǔ)研究的工藝進行復現(xiàn)、放大，3D打印工藝是產(chǎn)品制備的核心工藝，基礎(chǔ)研究所采用的3D打印設(shè)備和工藝存在效率低、精度差的問題，按照既定路線生產(chǎn)幾乎無法實現(xiàn)量產(chǎn)化，經(jīng)過綜合評判，研發(fā)團隊決定重新開始工藝摸索，通過調(diào)研和分析，首次將3D打印工藝引入生物陶瓷制備的體系，在國內(nèi)尚屬首次。緊接著，研發(fā)團隊開發(fā)出了適合產(chǎn)品體系的配套工藝，使產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化成為可能。

面臨的另一個關(guān)鍵問題是產(chǎn)品的生物安全性。鈣硅生物陶瓷類產(chǎn)品具有良好的成骨潛力，但是其高pH的特性也會造成安全性的風險，研發(fā)團隊決定重新設(shè)計產(chǎn)品組分，這不僅意味著要放棄前期的研究數(shù)據(jù)，還有可能面臨更多未知風險。但本著對產(chǎn)品、和醫(yī)患負責的態(tài)度，團隊決心重頭再來，最終篩選的配方通過了全套的生物學評價檢測。

經(jīng)過前期研究、小試、中試、動物實驗、注冊檢驗和生物學評價，直到臨床試驗完成，歷時7年。

3D打印鈣硅生物陶瓷骨修復材料在兩方面關(guān)鍵技術(shù)上進行突破。一是骨修復材料植入降解速度與成骨速度適配關(guān)鍵技術(shù)。通過技術(shù)摸索及試驗驗證確定原料配方篩選和優(yōu)化，將具有不同降解速率的磷酸鈣和白硅鈣石按照一定比例復合，最終獲得的材料具有十分理想的降解效果，同時保持人工骨材料良好成骨能力。

在3D打印成型工藝打印精度和速度同步控制關(guān)鍵技術(shù)中，研發(fā)團隊選擇光固化3D打印方式，成型精度可達微米級別，實現(xiàn)精密多孔結(jié)構(gòu)制備；采取光固化面成型工作方式，實現(xiàn)多個部件同時構(gòu)建，提升成形效率，實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。