中國(guó)粉體網(wǎng)訊 生物陶瓷3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域，尤其是口腔醫(yī)學(xué)、組織再生、骨修復(fù)和藥物緩釋裝置等方面，展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。西北工業(yè)大學(xué)汪焰恩教授團(tuán)隊(duì)在3D打印活性仿生骨技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展。他們研制的3D打印活性仿生骨能夠與自然骨的成分、結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能達(dá)到高度一致。動(dòng)物活體試驗(yàn)顯示，這種仿生骨可以在生物體內(nèi)“發(fā)育”，并且能夠促使自體細(xì)胞在人造骨中生長(zhǎng)，最終與自然骨很好地融合，融入動(dòng)物體內(nèi)環(huán)境。
為了響應(yīng)讓更多產(chǎn)品從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)的號(hào)召，汪焰恩教授將名下19項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利所有權(quán)作為無(wú)形資產(chǎn)入股西安博恩生物科技有限公司，集中實(shí)現(xiàn)在全仿生人工骨、骨釘、骨板、骨填充顆粒等3D人造骨打印產(chǎn)品上的市場(chǎng)應(yīng)用。
汪焰恩教授
個(gè)人簡(jiǎn)介
汪焰恩，男，教授，博士生導(dǎo)師，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院副院長(zhǎng)，兼任中國(guó)醫(yī)療器械行業(yè)協(xié)會(huì)3D打印醫(yī)療器械委員會(huì)委員，陜西省3D打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)，陜西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科技委委員，陜西省數(shù)字骨科學(xué)會(huì)常務(wù)委員， 《Bio-design and anufacturing》副主編、《Journal of Tissue Science and Engineering》編委、《Gels》編委/客座主編等社會(huì)職務(wù)。
汪教授致力于生物陶瓷復(fù)合材料設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)制造（3D打印）、增材制造裝備與醫(yī)用機(jī)器人、個(gè)性化定制與規(guī)模化生產(chǎn)智能制造理論與技術(shù)等領(lǐng)域，且科研成果頗豐。先后主持各類(lèi)科研項(xiàng)目三十余項(xiàng)，主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)（擔(dān)任首席），國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題2項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)，國(guó)際合作項(xiàng)目2項(xiàng)，陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃6項(xiàng)和省發(fā)改委重大項(xiàng)目1項(xiàng)。在中國(guó)科學(xué)、機(jī)械工程學(xué)報(bào)、J. Manuf. Syst., Energ. Convers. Manage.，Mater.& Design，BDM，Ceramics Int.等國(guó)內(nèi)外頂級(jí)學(xué)報(bào)發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇，出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著《生物多孔支架三維快速成形工藝數(shù)值分析》（科學(xué)出版社，2015）。獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利24項(xiàng)，2022年成功轉(zhuǎn)化19項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。
汪教授長(zhǎng)期從事一線(xiàn)教學(xué)工作，是機(jī)械電子工程國(guó)家一流本科專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人，國(guó)家網(wǎng)絡(luò)精品公開(kāi)課、國(guó)家級(jí)一流本科課程《3D打印技術(shù)與應(yīng)用》負(fù)責(zé)人，教育部工科碩士研究生學(xué)位課《3D打印及應(yīng)用：解密3D打印》負(fù)責(zé)人。指導(dǎo)學(xué)生獲得學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培育項(xiàng)目1項(xiàng)，博士論文創(chuàng)新基金3項(xiàng)，研究生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)種子基金6項(xiàng), 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目5項(xiàng)，大學(xué)生國(guó)際競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)，省級(jí)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)，獲陜西省教學(xué)成果特等獎(jiǎng)（2021年），高等教育（研究生）國(guó)家級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)（2022年）。
因孝心，走上“研制人造骨3D打印技術(shù)及裝備”道路
2004年，還是西工大一名博士研究生的汪焰恩，就為自己立下了“研制人造骨3D打印技術(shù)及裝備”的目標(biāo)。對(duì)于這一想法的源起，汪焰恩坦言：“我母親的腿有殘疾，當(dāng)時(shí)我只是單純希望能通過(guò)自己的努力治愈媽媽。”每當(dāng)看著行動(dòng)不便的母親，他總是特別心疼。
由于傳統(tǒng)陶瓷骨與自然骨的各項(xiàng)性能仍有較大差異，不能實(shí)現(xiàn)在動(dòng)物體內(nèi)的良好發(fā)育。為解決這一問(wèn)題，汪焰恩首先從打印材料入手。羥基磷灰石是目前世界通用的仿人骨材料，然而，如何將粉末狀的羥基磷灰石粘合起來(lái)，一直是個(gè)難題。國(guó)外就是因?yàn)椴捎昧怂嵝?a href="http://www.sxoffice.com.cn/zc/1812.html" target="_blank" style="color:#0000ff">粘結(jié)劑，而給被植入者帶來(lái)術(shù)后痛苦。
汪焰恩說(shuō)：“也許在搞化學(xué)的人看來(lái)，找到一種能夠粘結(jié)羥基磷灰石的材料非常簡(jiǎn)單，但是，當(dāng)這個(gè)問(wèn)題一旦限定在3D打印和在人體上應(yīng)用時(shí)，就變得異常復(fù)雜了。”
首先，粘結(jié)劑大多是粘稠和表面張力大的有機(jī)化合物，如何讓其通過(guò)直徑只有20μm（微米）近似于頭發(fā)絲那么細(xì)的打印機(jī)噴嘴，成為最大的難題。同時(shí)，這種粘結(jié)劑還要能被動(dòng)物乃至人體環(huán)境所接受。
為了找到這種合適的粘結(jié)劑，汪焰恩共試驗(yàn)了上百種不同的方案，用壞的噴嘴裝滿(mǎn)了好幾個(gè)大箱子。終于，他找到了一種酸堿度類(lèi)似于生物體環(huán)境，且性質(zhì)良好不會(huì)堵塞噴嘴的粘合劑。
經(jīng)過(guò)多年探索，汪焰恩和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能將羥基磷灰石、粘合劑、細(xì)胞液、蛋白液（生長(zhǎng)因子）等按照不同個(gè)體的骨骼性質(zhì)，對(duì)打印材料進(jìn)行科學(xué)配比，從而打印最適合被植入個(gè)體的人造仿生骨。
攻克難關(guān)，生物活性3D打印機(jī)讓骨“活”起來(lái)
自然骨不僅外觀形態(tài)非常不規(guī)則，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，不同部位的密度不一。想要讓人造骨在結(jié)構(gòu)上模仿自然骨，是極具挑戰(zhàn)的。
汪焰恩發(fā)明了活性生物陶瓷仿生骨3D打印技術(shù)，解決了“怎么打”的問(wèn)題。首先，利用激光對(duì)被打印對(duì)象進(jìn)行片層掃描，還原對(duì)象的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。在配比材料、鋪粉打印環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)3D打印的材料單一、密度一致、粉體單一、鋪粉均勻，難以滿(mǎn)足仿生骨的打印需求。汪焰恩不僅研制了一套打印控制系統(tǒng)，還攻克了打印的關(guān)鍵機(jī)械技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了仿生打印的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密度不均、復(fù)合粉體和非均一鋪粉。這套設(shè)備獨(dú)創(chuàng)的常溫壓電超微霧化噴灑技術(shù)，突破了細(xì)胞液、蛋白液噴灑速度、噴灑量難以精細(xì)控制的技術(shù)瓶頸，處于國(guó)際先進(jìn)水平。
同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還建立了仿生骨與自然骨滲透率檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了仿生骨發(fā)育能力簡(jiǎn)便、快速、客觀的評(píng)估。
拓寬發(fā)展路徑，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展駛?cè)肟燔?chē)道
博恩生物自主研發(fā)常溫3DP（無(wú)激光）打印技術(shù)，該技術(shù)目前僅有美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）3D打印團(tuán)隊(duì)及博恩生物（BONE）技術(shù)團(tuán)隊(duì)掌握，博恩生物團(tuán)隊(duì)可以實(shí)現(xiàn)常溫打印生物活性細(xì)胞，保持打印出的骨骼具有生物活性同時(shí)具備可發(fā)育、可植入、無(wú)排異的特點(diǎn)。納米級(jí)羥基磷灰石（HA）與有機(jī)生物墨水已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利，目前在全球公開(kāi)范圍內(nèi)首批完成以納米羥基磷灰石為基礎(chǔ)的第五批動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。同時(shí)研發(fā)出可發(fā)育生物陶瓷人工骨、可降解骨板、松質(zhì)骨骨水泥、頜面矯形無(wú)托槽隱形矯治器、術(shù)前彩排人體骨模型等，均已經(jīng)獲得國(guó)家CFDA一類(lèi)和二類(lèi)認(rèn)證，可上市銷(xiāo)售，并與清華大學(xué)附屬北京協(xié)和醫(yī)院、北京大學(xué)附屬第三醫(yī)院合作研發(fā)、實(shí)驗(yàn)。公司于2024年12月20號(hào)順利通過(guò)了ISO9001質(zhì)量管理體系的認(rèn)證。
汪焰恩從一個(gè)生物3D打印的門(mén)外漢到今天的專(zhuān)家，走出了一條從理論研究到應(yīng)用探索的新路徑。從易到難、從眼前到長(zhǎng)遠(yuǎn)，博恩生物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展駛?cè)肓丝燔?chē)道。
參考來(lái)源：
1、西北工業(yè)大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院：導(dǎo)師推介|機(jī)電學(xué)院副院長(zhǎng)汪焰恩教授
2、西工大科技園 |《西安日?qǐng)?bào)》報(bào)道西工大成果轉(zhuǎn)化參股企業(yè)博恩生物
3、人民日?qǐng)?bào)：西工大3D打印出可生長(zhǎng)發(fā)育仿生骨 與自然骨達(dá)到高度一致
4、西安硬科技之都：3D打印，讓仿生骨應(yīng)用不再遙遠(yuǎn)
5、中國(guó)粉體網(wǎng)：博恩生物：專(zhuān)注生物陶瓷仿生骨功能再生與精準(zhǔn)制造
6、聚友三維智造實(shí)驗(yàn)室：3D打印生物陶瓷仿生骨——“活起來(lái)”的人造骨
7、安徽增材制造科技：全球領(lǐng)先！博恩生物掌握常溫3DP生物打印核心技術(shù)，開(kāi)啟活性骨移植新紀(jì)元
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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