心血管支架、骨釘是臨床醫(yī)學(xué)中常用的傳統(tǒng)醫(yī)用材料，采用的主要材質(zhì)是金屬，生物相容性差，經(jīng)常會(huì)發(fā)生排異反應(yīng)。此外，基于個(gè)人不同的骨密度與骨折部位，不同的血管內(nèi)徑，常規(guī)批量生產(chǎn)的醫(yī)用材料也難以滿足所有人的個(gè)性化需求……由于這些原因，金屬制心血管支架、骨釘?shù)氖褂?，不僅會(huì)給病人帶來(lái)很大的生理負(fù)擔(dān)，也給病患的家庭帶來(lái)經(jīng)濟(jì)壓力，難以滿足臨床需求。
那么能否研發(fā)一種新型材料，破除這兩個(gè)醫(yī)用材料難題，既能解決或減少排異反應(yīng)，同時(shí)價(jià)格也更加經(jīng)濟(jì)便宜？為解決這一難題，浙江農(nóng)林大學(xué)大三學(xué)生張思敏的研究團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)兩年多的研究實(shí)驗(yàn)，最終將木質(zhì)生物醫(yī)用材料調(diào)控技術(shù)與3D打印技術(shù)相結(jié)合，探索出木制材料代替金屬材料這一新路徑，開發(fā)出木質(zhì)材料3D打印的心血管支架、骨釘。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，如今，張思敏團(tuán)隊(duì)的研究成果可滿足批量化與個(gè)性化定制的需求。
自2020年進(jìn)入浙江農(nóng)林大學(xué)以來(lái)，張思敏一直在孫慶豐教授的指導(dǎo)下，在國(guó)家木質(zhì)資源綜合利用工程技術(shù)研究中心開展對(duì)木質(zhì)材料的探索。針對(duì)心血管支架、骨釘?shù)扰R床醫(yī)學(xué)中常用的傳統(tǒng)醫(yī)用材料，不能滿足現(xiàn)實(shí)需求的實(shí)際，她專門邀請(qǐng)木材科學(xué)與工程、數(shù)字媒體藝術(shù)、金融工程等專業(yè)的15名學(xué)生組建了一支以木材科學(xué)與工程專業(yè)為主導(dǎo)，跨學(xué)科的綜合性團(tuán)隊(duì)共同進(jìn)行攻關(guān)實(shí)驗(yàn)。
“我們的靈感來(lái)源于被稱為‘九死還魂草’的神奇植物卷柏，其具備‘干旱時(shí)枯萎，雨季時(shí)復(fù)蘇’的神奇特性?！睆埶济艚榻B說(shuō)，其團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)木質(zhì)材料結(jié)構(gòu)的分析應(yīng)用，與3D打印技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)其理化性能配置了獨(dú)有的增材材料，模仿其特有的橫橋結(jié)構(gòu)，采用3D打印技術(shù)制備出具有形狀記憶的心血管支架；通過(guò)對(duì)世界上最堅(jiān)硬的木質(zhì)材料鐵樺木進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，模仿其分級(jí)多孔結(jié)構(gòu)制作出硬度可達(dá)210MPa的高硬材料，并將其制作成骨釘。張思敏表示，“兩個(gè)應(yīng)用產(chǎn)品具備良好的生物、血液、組織相容性，在安裝后，其排異性、細(xì)胞相容性均優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料，不會(huì)產(chǎn)生排異反應(yīng)?！?/p>
目前，張思敏團(tuán)隊(duì)研發(fā)的兩個(gè)應(yīng)用產(chǎn)品，已經(jīng)委托該校動(dòng)物醫(yī)院與動(dòng)物健康檢測(cè)中心，在兔子和豬等身上進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，打印出來(lái)的心血管支架、骨釘，在動(dòng)物體內(nèi)應(yīng)用的效果完全能夠達(dá)到預(yù)期，沒(méi)有產(chǎn)生排異反應(yīng)，具備極強(qiáng)的生物相容性和良好的機(jī)械性能，樣品檢測(cè)效果完全達(dá)到預(yù)期。此外，和傳統(tǒng)的金屬醫(yī)用材料項(xiàng)目，木質(zhì)材料打印出來(lái)支架或骨釘可以比市面上的便宜50％。
針對(duì)目前取得的初步成果，該研究團(tuán)隊(duì)成員唐尹說(shuō)：“我們隊(duì)伍正在探索醫(yī)用材料的全新領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)木質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究和現(xiàn)代3D技術(shù)的結(jié)合，破除傳統(tǒng)金屬類醫(yī)用材料排異性弊端，而且可以實(shí)現(xiàn)降低材料成本減輕患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。我們團(tuán)隊(duì)在后續(xù)將以痛點(diǎn)問(wèn)題為導(dǎo)向，不斷改進(jìn)、持續(xù)創(chuàng)新，我對(duì)我們項(xiàng)目的市場(chǎng)前景充滿信心，相信它一定可以為現(xiàn)代醫(yī)用材料領(lǐng)域變革注入全新動(dòng)能?！?/p>
“全球生物材料市場(chǎng)已超過(guò)4500億美元，年增長(zhǎng)率15.8%。我國(guó)生物醫(yī)用材料呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。我們通過(guò)木質(zhì)材料去替代金屬材料，增強(qiáng)其生物相容性和良好的機(jī)械性能，在兼具批量生產(chǎn)能力的同時(shí)可以針對(duì)使用者的情況進(jìn)行定制，有很大的發(fā)展前景。目前，我們的研究成果已經(jīng)申請(qǐng)了三個(gè)專利。接下來(lái)我們團(tuán)隊(duì)將著力進(jìn)行項(xiàng)目難點(diǎn)突破，并與權(quán)威醫(yī)療器械企業(yè)合作，將木質(zhì)材料打印出來(lái)的骨釘、心血管支架等實(shí)際產(chǎn)品投入臨床測(cè)試。我對(duì)我們項(xiàng)目的產(chǎn)品應(yīng)用和市場(chǎng)前景充滿信心，相信它可以造福更多的病人?！睆埶济粽f(shuō)。
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