简介： 成果简介： 医学研究表明，用作骨充填和修复的人工骨临床使用的关键在于：（1）材料组成能够主动促进植入部位的骨再生；（2）具有可精细调控的孔结构以利于组织液的渗透和骨细胞长入材料深部；然而，目前采用传统造孔技术（如聚合物海绵模板法、造孔法和发泡法等）制备的磷酸钙陶瓷人工骨无法很好满足以上要求。因此，从结构和组成两方面同时设计并制备具有精细可控孔道结构、能够主动促进成骨的多孔人工骨具有迫切的临床需求和良好的应用前景。 基于以上背景，本项目在国家自然科学基金、863项目以及中科院重大专项等资金的支持下，基于对具有主动诱导成骨活性的硅酸盐生物活性陶瓷的丰厚研究基础，结合先进的3D打印技术，成功制备出一系列拥有自主知识产权、具有可控精细孔道结构、能够主动促进成骨的新型3D打印生物活性陶瓷人工骨，并取得了丰厚的创新成果。 本项目已发表SCI学术论文20余篇，申请发明专利4项，项目总体达到国际先进、国内领先水平。目前，本项目成果已与国内多家医疗器械生产企业签订产品合作开发协议，将有望实现显著的经济效益并极大提升我国自主知识产权在骨科植入物市场的地位，并产生价高的社会效益。   成果创新性： 1、相对传统的多孔人工骨制造技术与磷酸钙陶瓷基底材料，本项目采用先进的3D打印技术，结合具有主动促进成骨活性的硅酸盐生物活性陶瓷材料，从人工骨复杂的孔结构（支架的孔大小、孔形状、孔取向以及孔隙率和连通性；不同孔形貌组合的大孔图案化结构等）和基底材料组成同时入手，从本质上提升多孔人工骨的促进骨再生能力，具有明显的新颖性和创新性。 2、同时，通过对3D打印硅酸盐生物活性陶瓷人工骨的表面或内部结构进一步进行合理设计，实现了针对特殊临床应用（如骨肿瘤骨缺损和关节软骨-软骨下骨等）的有效修复，从而进一步突破了传统磷酸钙生物陶瓷人工骨在临床应用上的局限，具有明显的创新性。 本项目已发表SCI学术论文20余篇，申请发明专利4项。   成果独占性： 1、本项目人工骨材料组成方面核心技术在于合理设计硅酸盐生物活性陶瓷化学组成及其粉体的高纯度制备。目前，本项目已经成功制备出一系列二元、三元、四元以及具有微量功能元素掺杂的硅酸盐类陶瓷，系统的研究了材料组成与其成骨、成血管等性能之间的关系规律，并以此为基础优化少筛选出一系列兼具成骨成血管活性、又具有不同功能特性的硅酸盐生物活性陶瓷材料。目前本项目已形成完善、稳定的材料制备技术体系，在项目产业化转化过程中可较好复制。 2、本项目人工骨结构设计方面核心技术在于3D打印工艺的精细控制。众所周知，由于生物陶瓷区别于高分子和金属材料的粉体及其烧结特性，采用3D打印技术制备多孔生物陶瓷人工骨及其结构上的精细调控一直以来都是一大技术难点。本项目通过大量的前期探索与研究，已成功实现多孔生物陶瓷的3D打印制备，特别是形成了基于硅酸盐生物活性陶瓷的成熟3D打印精细制备技术体系，目前在国内处于领先地位，并多次接待国内外企业、研究院所咨询技术相关信息。   成果盈利性： 近10年来，全世界对骨修复材料及其制品的需求量一直保持着20%左右的增长速度，我国这样一个人口大国，骨修复材料需求量的增长速度更为明显。据统计，我国骨缺损的病例为300万例/年，对骨修复材料的需求是200万例/年，目前的实际用量为50万例/年，因此存在巨大的市场缺口。在中国市场，目前骨修复产品的价格为每单元2000元人民币左右，每年有不低于10亿元人民币的市场，且年增长率不低于20%。基于上述市场现状，可以预期本项目具有极好的市场前景。 此外，本项目的大量前期研究已经证实，相比于目前市面上传统的磷酸钙生物陶瓷类人工骨，3D打印生物活性陶瓷人工骨在具有更加合理的孔道结构的同时，力学强度与成骨活性提高100%以上；并且可通过进一步的设计加载传统生物陶瓷人工骨所不具备的其他特殊临床功能（如杀灭肿瘤、修复软骨等）。在性能上具有极为显著的提高。   成果持续性： 基于本项目成果，国内已有医疗器械生产企业与本项目单位达成合作协议，共同合作开发用骨缺损修复的新型3D打印生物活性陶瓷人工骨产品。基于本项目的前期基础，本项目负责人及其团队在材料组成、宏观大孔结构、宏观梯度结构、表面微纳米结构以及表面生物功能性涂层等几个方面进一步对本项目的3D打印生物活性陶瓷人工骨体系进行了极大的丰富和延续，目前已经形成具有一定规模的人工骨材料、技术体系，并建立了相应的人工骨组成-宏观结构-微观结构-性能关系数据库。此外，本项目在创新过程中，积极与国内临床医院和企业合作，目前已经形成了具有一定规模的科研-产品开发-临床应用关系链。   成果先进性： 目前国内外临床上使用的生物陶瓷类多孔人工骨产品主要为磷酸钙类生物陶瓷，典型产品包括美敦力的MasterGraft，上海贝奥路的贝奥路生物陶瓷和武汉华威的百美特人工骨等，上述产品在多孔结构的实现方面主要采用造孔剂和模板法等传统技术。本项目在进行过程中，采用与市面产品等同的材料与技术作为横向对比发现，本项目产品的优势主要在于： 1、以硅酸盐生物活性陶瓷为基体材料，在保证生物相容性的同时，具有主动促进成骨活性，而传统的磷酸钙生物陶瓷则仅具有较好的生物相容性，而缺乏足够的促进成骨性能； 2、以3D打印技术实现对多孔结构的精细调控，一方面能够保证多孔人工骨具有足够的通孔性以保证骨再生过程中的营养物质输入，另一方面人工骨强度得到显著提升，能够更好地为修复部位提供足够的力学支撑。 以上两方面的优势保证了本项目产品相比市面上传统的磷酸钙类陶瓷多孔人工骨在成骨活性方面提高50%以上，在力学强度方面提高50%以上。此外，本项目人工骨还具备目前市面产品所缺乏的个性化和功能化特点。 大量研究和市场调研已经显示，3D打印技术和新材料的应用已成为目前多孔人工骨产品研发的趋势。本项目目前在该领域处于国际领先地位，预期在未来相当长一段时间内将很难被其他项目替代。   成熟度：06、正样级：测试合格、工艺固化、图纸修改完成   市场分析： 本项目主要用于医疗领域，具体包括临床骨科和齿科的硬组织以及关节骨-软骨的缺损修复。本项目负责人及其团队目前在基体材料和3D打印技术方面拥有核心技术，在该领域中处于国内领先水品。预期本项目在实现产品化后，将有望在很大程度上替代市场现有的传统磷酸钙类生物陶瓷人工骨，利润率不低于20%。   商业模式分析： 本项目组将向企业提供3D打印新型生物陶瓷人工骨材料与制备技术方面的全面支持，并根据企业的具体需要，与其合作共同对新型人工骨进行形式优化，并协助企业完成大批量生产线、技术标准以及质量管理体系。此外，本项目组与国内多家大型临床医院保持了良好的合作关系，在项目产品化过程中本项目组将作为重要枢纽，将企业与临床医院有效链接，从而建立起本项目组（科研单位）-企业-临床医院的有机结合，真正意义上实现产学研一体化，加速产品实现与市场化进程。   营销状况： 本项目组隶属于中国科学院上海硅酸盐研究所，其性质与企业、公司不同，因此不具备营销市场体系以及市场推广部门。本项目组主要基于在生物陶瓷人工骨领域的大量先进研究成果和国内学术地位，吸引有意开拓人工骨产品市场的企业合作开发具有创新型和高科技附加值的新型人工骨产品。