中国粉体网讯2025?2?4-25日，由中国粉体网联合东莞市东莞理工科技创新研究院主办的“第八届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”在东莞帝豪花园酒店成功召开！大会期间，中国粉体网记者有幸邀请到多位专家、企业界代表做客我们的“对话”栏目畅谈先进陶瓷产业发展现状及未来展望、strong>本期为你分享的是西北工业大学汪焰恩教授的专访、/p>
中国粉体网：汪教授您好，首先请介绍一下您的团队及研究方向、/p>
汪教掇/strong>：我们是西北工业大学机电学院生物增材制造团队，主要研究方向是高端智能制造，涉及制造装备、制造工艺等方面。我自己的主要研究方向是航空发动机高性能制造和生物制造，就比如在生物人工骨和生物组织软骨或者硬骨支架等方面的研究、/p>
中国粉体网：汪教授，您报告中提到的“拓扑优化”具体是如何解决生物陶瓷支架力学性能与生物相容性的问题＞/strong>
汪教掇/strong>：因为我们应用的材料是羟基磷灰石，这种材料是属于无机盐，本身我们人的骨骼的无机盐成分就是它。它是属于磷酸钙类型的材料，在人体内具有一定的力学性能，就像人体骨支架支撑着我们整个人体的所有器官，包括保护我们的五脏六腑，储存人体骨骼中的血液及骨髓干细胞等，可以说，骨支架是我们身体生长发育过程中最核心的一个大器官、/p>
骨骼经过亿万年的进化，它主要分为密质骨和松质骨两个主要部分。它外面还有鼓膜，鼓膜是一种结缔组织，我们主要关注的是松质骨的拓扑优化，这个拓扑优化主要功能：一是保证有一定力学强度支撑植入体进去，二是完成功能性的需求，比如我们需要抗炎和抗癌，或者是我们希望往某个方向发育，这些都需要拓扑结构优化来实现这些功能行为、/p>
比如说，我们植入到牙槽骨里面，牙槽骨里面最难的一个地方就是目前使用粉末填充材料是没有问题的，植入起来拔牙之后就会有缺损，而这个缺损是不能立刻植牙的。目前植牙就需要给填充胶原海绵或者填充骨粉。还有年龄较大的老年人的牙槽骨的骨量是不够的，还没办法植牙，那么这种情况下就需要植入骨支架。但在植入骨支架过程中，因为植入方向不同，部位不同，它的结构就会发生变化，所以我们在这方面需要做一些优化、/p>
然后在生物相容方面，刚刚我也提到过，本身我们用的就是羟基磷灰石，它是骨骼的无机盐成分，是属于磷酸钙类的生物陶瓷材料，它压根就不可能自己粘接在一起，所以我们在制造过程中，就会用氨基酸做的生物胶水把它粘到一起，这样整个材料都是人体所需要的东西。本身我们的骨骼就是胶原和羟基拧在一起的，就像一个麻绳，胶原纤维将羟基磷灰石拧进绳里面一样，这是一个细小的微观结构，这些材料用的都是生物性材料，它们的生物相容性也很好。今天我和粉体网的朋友们主要分享的是进入人体内的骨支架，所以这些材料都是使用人体自己的材料，只不过我们是利用化学合成的方法，或者是从动物源性的组织提取胶原再进行重组合成的胶原蛋白、/p>
中国粉体网：汪教授，3D打印“仿生骨”中的难题您是怎么攻克的？产业化进展如何？
汪教掇/span>９/span>3D打印骨骼其实有几大难点，第一个就是公认的“陶瓷增韧难题“/strong>。你想啊，咱们真实的骨头可不是一掰就断的，它自带韧性。骨头的结构特别精巧，外层有致密的密质骨和骨膜，里面还有松质骨，再加上胶原结缔组织这些“配件”，层层叠加，就像一种天然的复合材料，又硬又韧。但我们组用?D打印骨骼支架的生物陶瓷类，毕竟还是属于陶瓷类材料，陶瓷本身偏脆，想让它拥有和真骨头一样的韧性，确实是个大难题、/p>
第二是精准制造技?/strong>，传统支架基本针对金属和高分子材料，都用的车铣磨抛等技术得到这些骨替代物，然而这些材料不会生物降解，最终在体内还是会被排斥。生物陶瓷可以降解无需二次手术取出，因此是未来骨骼替代材料最优选择，但是对于生物陶瓷而言，其精准制造技术就成了横亘于临床和实验室之间不可逾越的难题。目?D打印技术或者说增材制造技术可以用来制备陶瓷支架。但3D打印方式有很多，比如光固化工艺，利用树脂、含羟基磷灰石等材料也能做成骨支架。但是它的后续处理工艺就不一样了，后续处理要经历脱胶、脱脂，再到烧结得到骨支架，在这个过程中难免会有一些残留物，尤其是在骨支架里面的核心部位，这些残留物跟人体内是不相容的，是有毒性的，所以这个工艺就存在生物相容性这个难点、/p>
另外一种就是直写式工艺。直写式就是将我们所用的材料和胶原墨水复配之后，利用书写、填充的方法来制造骨支架。当然它需要一定的力学强度，还要保证它的活性，而保持材料活性是一个很大的难题。我们基本是用inkjet这种方式，就是刚才我所说的把氨基酸做成生物胶水，喷洒到生物陶瓷粉体上，这个工艺一方面可以增韧，另一方面可以粘结生物陶瓷，它的后处理工艺也变得很简单，因为我们不需要烧结，而且能最大程度的保持生物活性、/p>
第三点就是如何保证骨支架的活性功胼/strong>。正是因为有了这样一项室?D打印技术，为我们后续很多工作带来了很多优势，比如抗炎症、抗癌等方面有了无限的想象空间。所以我们今年拿到一个国家自然科学重点基金，也是我们工材学部的一个重点研究项目，我们研究的就是抗癌和促骨相互协同作用，我们需要把这些功能协调起来，因为在抗癌的过程中，很多像紫杉醇、顺铂等这类药物在骨肿瘤临床反馈中不是很敏感。我们也和临床医生沟通过，这个原因首先是骨肿瘤很多到晚期，只要发现骨转和肝转就基本上没什么治疗的必要了，但实际上很多家属希望能通过做手术来延长生命。这个时候药物化疗是一个重要的治疗手段，但是很遗憾的是，我们吃进的这个药物进入骨骼后，通过毛细血管，经过人体五脏六腑已经把药物代谢了很多，药效早都衰减很多，有的生物活性、蛋白质，各类酶已经所剩无几。另外，这种药物有半衰期，它能直接作用到骨肿瘤上的癌细胞就很少了、/p>
我们利用低温制造技术，使它不仅能粘结陶瓷材料，还能增韧，同时还能保证生物活性，可以将药物的活性附着在骨架上面，只不过这个“附着”不像我们说的这么简单。我们需要做一个介孔材料，它是一个多孔的小球，可以将药物精准吸附于多孔小球内，然后它会先将肿瘤细胞杀一遍，抑制癌细胞生长，等它脱落之后再进行降解促进骨再生、/p>
这也属于治疗的一种手段，而且骨癌是很痛苦的，因为骨头里面的神经很丰富，骨癌晚期的病人一是几乎疼的吃不下饭，人会脱相，二是整个神经全部受到癌细胞的侵蚀，到晚期更疼，需要使用吗啡、杜冷丁这些禁药来麻痹神经。另外骨癌的复发率很高，很多人得了骨癌基本宣布判死刑了，我们使用这种手段可以有效解决骨癌高复发率及疼痛问题，同时对活性物质的保存和制造精度提出了挑战。因为要保持生物活性，所以我们选择低温制造，同时陶瓷增韧也是一大难题、/p>
其实在胶水制造过程中＋strong>为了精准制造装备也是很重要。刚才我也说了很多种3D打印工艺，比如说光固化做的很精准，但活性物质无法保存；直写式工艺可以直写，但是精度达不到。我们研究的inkjet，也就是喷墨打印的方式，既能保证精准度，也能保证生物活性，但这对制作工艺也是一个挑战。另外，有的国内专家团队是利用激光技术，这个技术对陶瓷粉体的粒径、球形度、均匀度的要求很高，这也是一个研究观点。所以整体来讲，我认?D打印生物陶瓷是在需要低温制造来保持生物活性的情况下，一个难点是需要做到在保持一定的强度的同时，还要保持一定的生物功能；另一个难点就是陶瓷增韧、/p>
中国粉体网：汪教授，您认为在未来的研究中，生物陶?D打印技术的发展方向是什么？
汪教掇/strong>：我不敢说方向，毕竟我只是一个做科学研究的。当然我刚才也提到希望它能解决很多问题，因为生物陶瓷3D打印技术不光应用在骨支架方面，在牙齿种植方面也是一个很热门的应用方向。比如牙齿齿冠很多是应用氧化锆材料，经过洗削加工再进行烧结等一系列过程应用到牙齿种植领域。而我们的研究方向主要是关注羟基磷灰石这一类生物陶瓷，像氧化锆这类陶瓷目前是用来制造髋关节，还有做牙齿的比较多，毕竟这属于是一个成熟技术。最近中科院有一个团队在研究再生牙技术，就是将一种材料注射到老鼠体内，可以让老鼠的牙重新生长，我认为这是未来研究的热点。有口腔医生跟我讲过，年龄在80岁左右还?0颗牙齿，证明这个人的身体已经很棒了，是一件很幸福的事情，因为自己想吃的能吃到、/p>
中国粉体网：汪教授，下一步您团队的研究重点是什么？
汪教掇/strong>：我们生物制造这个团队方向，基本上还是想要把自己的研究技术走向临床应用，走向产业化。我们希望能落地，能为老百姓，能为国家带来实实在在的技术，造福人类。我想是这样的，所以目前我们产业化做的也还不错、/p>
中国粉体罐/em>９em>好的，感觉汪教授接受我们的采访、/em>
（中国粉体网编辑整理/空青（/p>
注：图片非商业用途，存在侵权告知删除
视频叶/div>
抖音叶/div>
哔哩哔哩叶/div>
