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(fù)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(fù)方法往往難以達(dá)到理想的治療效果。因此，開發(fā)一種能夠精準(zhǔn)匹配頜骨缺損形態(tài)、促進(jìn)骨組織再生的新型修復(fù)材料，成為了醫(yī)學(xué)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(gè)性化修復(fù)治療方面展現(xiàn)出了巨大的潛力，可以快速、準(zhǔn)確地再現(xiàn)復(fù)雜頜面部畸形或缺損，并可以制造與之相應(yīng)的個(gè)性化修復(fù)體。煙臺(tái)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(fù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

科研之路從不是一帆風(fēng)順的。在項(xiàng)目的初期，正海生物的研發(fā)團(tuán)隊(duì)面臨著諸多挑戰(zhàn)。鈣硅生物陶瓷骨修復(fù)材料的產(chǎn)品開發(fā)依托于中國科學(xué)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(xiàng)目。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(xué)、生物學(xué)的發(fā)展，針對(duì)骨修復(fù)材料的研究也成為熱點(diǎn)，然而，國內(nèi)外的產(chǎn)品依然未有新類型的骨修復(fù)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(fù)材料屬于第三類植入型的醫(yī)療器械，對(duì)患者的生命安全和健康狀況有著直接的影響，因此對(duì)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(duì)基礎(chǔ)研究的工藝進(jìn)行復(fù)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，經(jīng)過綜合評(píng)判，研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(gè)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(huì)造成安全性的風(fēng)險(xiǎn)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)決定重新設(shè)計(jì)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(fēng)險(xiǎn)。但本著對(duì)產(chǎn)品、和醫(yī)患負(fù)責(zé)的態(tài)度，團(tuán)隊(duì)決心重頭再來，最終篩選的配方通過了全套的生物學(xué)評(píng)價(jià)檢測(cè)。

經(jīng)過前期研究、小試、中試、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、注冊(cè)檢驗(yàn)和生物學(xué)評(píng)價(jià)，直到臨床試驗(yàn)完成，歷時(shí)7年。

3D打印鈣硅生物陶瓷骨修復(fù)材料在兩方面關(guān)鍵技術(shù)上進(jìn)行突破。一是骨修復(fù)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(yàn)驗(yàn)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(fù)合，最終獲得的材料具有十分理想的降解效果，同時(shí)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(tuán)隊(duì)選擇光固化3D打印方式，成型精度可達(dá)微米級(jí)別，實(shí)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(shí)現(xiàn)多個(gè)部件同時(shí)構(gòu)建，提升成形效率，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

在科研過程中，正海生物的研發(fā)團(tuán)隊(duì)取得了多項(xiàng)創(chuàng)新成果。首先，他們?cè)诓牧铣煞稚线M(jìn)行了創(chuàng)新，首次將白硅鈣石作為原料，并添加功能元素（Si、Mg），提升了成骨有效性。

其次，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，團(tuán)隊(duì)建立了數(shù)字化三維模型，模擬天然松質(zhì)骨結(jié)構(gòu)，確保了材料的孔隙率、連通性和孔徑范圍呈現(xiàn)正態(tài)分布。這種由均勻的仿生“骨小梁”構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)不僅避免了力學(xué)結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，還實(shí)現(xiàn)了多種規(guī)格、形狀的定制化生產(chǎn)。

最后，在制備方法上，團(tuán)隊(duì)首次將光固化3D打印技術(shù)引入生物陶瓷制造領(lǐng)域，突破了成型效率和精度限制，推動(dòng)了3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

在臨床應(yīng)用中，該材料表現(xiàn)出了卓越的性能。其豐富的多孔結(jié)構(gòu)和良好的血液浸潤性有利于血凝塊的穩(wěn)定，便于引導(dǎo)新生組織長入。良好的生物相容性和細(xì)胞相容性則促進(jìn)了成骨細(xì)胞的生長和增殖，降解產(chǎn)物與新骨的整合更是為天然骨重建提供了有力支持。

該材料在臨床上可以很好地解決口腔牙種植骨缺損及創(chuàng)造性修復(fù)問題，為患者提供了更加個(gè)性化、高效的治療方案。未來，隨著成果轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的獲批上市，3D打印陶瓷骨修復(fù)材料可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)能15萬瓶，預(yù)計(jì)產(chǎn)值將超千萬，為病患提供個(gè)性化治療口腔牙頜骨缺損的治療方案，充分實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)修復(fù)材料的國產(chǎn)化替代。