點(diǎn)云生物創(chuàng)始人：戰(zhàn)斗技巧極限的3D生物陶瓷打印
摘要
8月2日晚，火石百家約請(qǐng)了點(diǎn)云生物創(chuàng)始人曾慶豐博士，為大家分享了"陶瓷3D打印在醫(yī)療行業(yè)的運(yùn)用"。3D陶瓷打印這一前端行業(yè)充斥了各類技巧難題和政策難關(guān)，點(diǎn)云生物卻迎難而上，研究出了獨(dú)到的無(wú)絲打印技巧、生物陶瓷打印機(jī)、生物打印墨水等等。在本次演講中，曾博士回首了點(diǎn)云的開(kāi)拓之路，并分享了技巧成果。
在開(kāi)啟前，小編節(jié)選了一段灌音，分享給大家。
3D打印是當(dāng)前炙手可熱的主旨，在這方面，咱們更多地聽(tīng)到金屬和塑料打印。陶瓷打印是一個(gè)戰(zhàn)斗極限的技巧，而生物陶瓷打印更是難上加難。
3D打印在生物醫(yī)療領(lǐng)域的運(yùn)用概略
3D打印，亦稱增材生產(chǎn)，我國(guó)遠(yuǎn)古修筑的宏偉長(zhǎng)城，就是增材生產(chǎn)的典型案例。現(xiàn)在，集成了當(dāng)代軟件、設(shè)備、機(jī)器電子、資料、并且領(lǐng)域運(yùn)用技巧的增材生產(chǎn)，更能十足闡揚(yáng)人們的設(shè)想力和締造力。
該技巧與傳統(tǒng)的減材技巧相比，其最大優(yōu)勢(shì)就是對(duì)高難資料、構(gòu)造、性能、運(yùn)用的一體化設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。
現(xiàn)在，世界3D打印市場(chǎng)范圍迅速增長(zhǎng)，估計(jì)到2017年將到達(dá)50億美圓，到2020年將到達(dá)108億美圓。我國(guó)在國(guó)際產(chǎn)業(yè)級(jí)3D打印市場(chǎng)上也盤踞首要份額。
現(xiàn)在，3D打印在醫(yī)療領(lǐng)域行業(yè)已變成工業(yè)化最廣的行業(yè)之一，通過(guò)3D打印可以迅速、高效、確切地再現(xiàn)三維計(jì)算的模型，完善地復(fù)制身體構(gòu)造與結(jié)構(gòu)，已然在醫(yī)用模型、內(nèi)科手術(shù)、手術(shù)導(dǎo)板、骨科植入物等行業(yè)有了全面的運(yùn)用。
體外運(yùn)用：此類多為非生物3D打印，原理較簡(jiǎn)潔，所需資料也容易得。大一些集中在假肢生產(chǎn)、牙齒矯正與恢復(fù)等方面。技巧和資料較成熟，能實(shí)行商品化。
體內(nèi)植入：此類多為基于活性生物資料，細(xì)胞組織流程，MRI與CT技巧并且3D重構(gòu)技巧等進(jìn)行的活體打印，終極目的是打印活體器官。
3D打印植入物的臨床運(yùn)用技巧與政策
3D打印在體內(nèi)植入物的運(yùn)用和市場(chǎng)簡(jiǎn)介
3D打印植入物的終極目的是打印活體器官，現(xiàn)在大多存在于試驗(yàn)室階段，多數(shù)成果全是簡(jiǎn)潔生命體或是細(xì)胞組織打印?，F(xiàn)在在體內(nèi)植入物，擁有工業(yè)化遠(yuǎn)景的首要是醫(yī)藥篩選、骨、骨關(guān)節(jié)打印和血管支架。
硬組織恢復(fù)是一個(gè)較大的市場(chǎng)，僅華夏就有千億元的需要。擁有十分首要的社會(huì)意思與經(jīng)濟(jì)價(jià)值?？墒?，采取假體恢復(fù)，難以動(dòng)態(tài)順應(yīng)身體組織改變的須要；自體骨移植術(shù)是拆東墻補(bǔ)西墻、數(shù)目有限；同種/異種骨恢復(fù)，存在免疫排擠反應(yīng)、重病感染危害；人造骨骼可以可操控造，是成長(zhǎng)的必定形勢(shì)。
抱負(fù)的人工骨基質(zhì)資料應(yīng)具有下列特點(diǎn)：
1、優(yōu)良的生物相容性及生物降解性
2、骨傳導(dǎo)及誘導(dǎo)活性
3、滿意的機(jī)器強(qiáng)度
4、可塑型性
5、能負(fù)載少量細(xì)胞的高浸透性
6、追隨骨質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)和性能分化的外表化學(xué)本質(zhì)與微構(gòu)造
7、可與其它活性分子復(fù)合一同誘導(dǎo)骨產(chǎn)生
8、原資料來(lái)歷全面，制造便宜
9、較易消毒
現(xiàn)在已研發(fā)的人工骨首要集中在兩種：
一種是以硫酸鈣、碳酸鈣、磷酸鈣并且羥基磷灰石等為代表的無(wú)機(jī)鈣鹽，另一種是以有機(jī)高分子資料為代表的生物聚合物?，F(xiàn)在市場(chǎng)上還沒(méi)有可降解3D生物陶瓷打印人工骨產(chǎn)品。
3D打印人工骨屬于第三種醫(yī)療器械，實(shí)現(xiàn)申請(qǐng)制，須要嚴(yán)酷的審批，一經(jīng)獲取CFDA申請(qǐng)證，將擁有較高的技巧、運(yùn)用和時(shí)間壁壘。
3D生物陶瓷打印工業(yè)鏈技巧
3D打印技巧
粉末粘結(jié)（3DP）
優(yōu)勢(shì)：黑色藝術(shù)設(shè)計(jì)、產(chǎn)業(yè)級(jí)大型零件生產(chǎn)；
確認(rèn)：資料用量大、設(shè)施巨大、粉體污染。
激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）
優(yōu)勢(shì)：產(chǎn)業(yè)級(jí)大型零件生產(chǎn)；
毛病：資料用量較大、熱度高、激光輻射、壽命有限。
疊層生產(chǎn)（LOM）
優(yōu)勢(shì)：合適產(chǎn)業(yè)級(jí)大型零件生產(chǎn)；
毛病：工序繁重、資料用量多、資料耗費(fèi)嚴(yán)重。
光固化（SLA）
優(yōu)勢(shì)：精度高、設(shè)施小、操控快捷；
毛病：資料選取有限、一些資料對(duì)身體有害。
熔融沉積（FDM）
優(yōu)勢(shì)：設(shè)施小、價(jià)錢廉價(jià)；
毛病：資料復(fù)合艱難。
許多技巧都能夠運(yùn)用于生物陶瓷打印，可是也存在諸多限定。因而，須要成長(zhǎng)訂制化的技巧。
無(wú)絲打印（FFP）
優(yōu)勢(shì)：資料順應(yīng)廣、資料復(fù)合化較易、打印資料定量、打印構(gòu)造可控、無(wú)溫差自凝打??；
毛?。翰倏芈殕T需專業(yè)資料分配技巧。
無(wú)絲打印的中心意識(shí)是由點(diǎn)及線及面及體，由最簡(jiǎn)潔的“物質(zhì)點(diǎn)”結(jié)構(gòu)多尺度的“性能云”。這也是“點(diǎn)云”一名的由來(lái)。
3D打印設(shè)施
國(guó)際上有諸多3D生物打印設(shè)施，存在諸多好處，但也有不夠，總之仍處于成長(zhǎng)中。
法國(guó)的Ceramaker：采取的是SLA，這是一類光固化技巧。全部工藝過(guò)程含蓋：創(chuàng)建CAD文檔、形成STL文檔并分層、逐層打印、脫脂和燒結(jié)、后加工。
此中，脫脂和燒結(jié)流程必定造成資料改變和尺寸緊縮，這針對(duì)尺寸操控須要進(jìn)行準(zhǔn)確操控、設(shè)計(jì)、預(yù)估；因?yàn)轫氁邿釤Y(jié)，對(duì)細(xì)胞引入不利。
奧天時(shí)的Lithoz：在該行業(yè)獲得了較大進(jìn)展。發(fā)明了LCM技巧，也采取光固化技巧，但不同于法國(guó)的下沉式，它是提拉式的。資料用量較少，可打印出精致的構(gòu)造，但它也采取了光敏樹(shù)脂，后期須要脫脂和燒結(jié)。
點(diǎn)云采取嶄新的技巧鏈，以真正骨為目的模型。其技巧鏈?zhǔn)滓w生產(chǎn)陶瓷粉體、制孔、制支架三個(gè)中心方法，均申報(bào)了有關(guān)發(fā)明專利。
制陶瓷粉體：對(duì)于制粉技巧，開(kāi)發(fā)了資料精致合成理論解析軟件，可以通過(guò)軟件計(jì)算出資料合成前提。
制孔：制孔技巧有多種：顆粒晶格聚積、冷凍干燥、模板法、無(wú)絲打印技巧。
? 顆粒晶格聚積：仿制原子聚積，如圖，赤色的球代表陶瓷顆粒，紅色的球代表生成的孔隙。這類方法能夠通過(guò)操控球徑大小，實(shí)行不同孔徑的全連接孔隙。
? 冷凍干燥技巧：將陶瓷和其余資料組合成漿料，接著瞬間冷凍到零下30~40攝氏度，乃至更低。接下來(lái)進(jìn)行抽真空，外面的結(jié)晶水會(huì)通過(guò)升華，直接從固態(tài)成為氣態(tài)，進(jìn)而生成連接的孔隙構(gòu)造，咱們能夠通過(guò)陶瓷漿料的固液比來(lái)操控孔隙的大小。
? 模板法：采取海綿等生物模板，將陶瓷漿料與模板組合在一塊，接著除去模板，進(jìn)而生成網(wǎng)狀孔隙。
? 無(wú)絲打印技巧：能夠精確操控孔隙大小和梁的寬窄，并且每層間的孔隙大小。
制孔技巧多種多樣，其目標(biāo)全是操控孔隙大小，使細(xì)胞能順?biāo)扉L(zhǎng)入人工骨。
制支架: 制支架也有多種技巧，首要有粉末打印無(wú)緊縮燒結(jié)、組合技巧、多尺度無(wú)絲打印技巧。
點(diǎn)云在3D生物陶瓷打印技巧與運(yùn)用行業(yè)的開(kāi)拓
人工骨打印擁有骨礦含量大、資料/孔隙構(gòu)造高難、軟設(shè)備操控難、熱度應(yīng)用受限等諸多國(guó)際難題。世界的科學(xué)家和研發(fā)機(jī)構(gòu)都在戰(zhàn)斗這一行業(yè)。
? 悉尼大學(xué)Zreiqat老師正在研究仿真大段人工骨，她們策劃“十年內(nèi)用來(lái)臨床”。點(diǎn)云3D打印人工骨已完結(jié)批量植物試驗(yàn)。獲取海內(nèi)外媒介引用報(bào)導(dǎo)數(shù)百次。
? 點(diǎn)云已生成了從資料、設(shè)備、體外細(xì)胞試驗(yàn)、體內(nèi)植物試驗(yàn)的生態(tài)技巧體系?，F(xiàn)在正在籌備臨床試驗(yàn)。
? 點(diǎn)云研究的生物墨水，能夠在納米尺度上浮控陶瓷資料的形式，更有利于生物降解和資料訂制研究。
? 點(diǎn)云3D生物陶瓷打印機(jī)能夠在常溫或低熱下實(shí)行高粘度生物陶瓷復(fù)合資料的增材生產(chǎn)，不變化資料的降解特征和生物相容性。該設(shè)施也可訂制開(kāi)發(fā)。
? 研發(fā)標(biāo)明，可降解3D打印仿真人工骨擁有誘導(dǎo)成骨特征，是持久牢靠的處理計(jì)劃。
? 點(diǎn)云在高難構(gòu)造/牙科行業(yè)生成了納米復(fù)合資料、建模與解析軟件等特點(diǎn)技巧。
3D生物陶瓷打印是當(dāng)下增材生產(chǎn)行業(yè)的熱門、難點(diǎn)、痛點(diǎn)，可是其較大的運(yùn)用遠(yuǎn)景和不能代替的領(lǐng)域需要，使得大家匯集尖端聰慧和各類資源，早日為人類健康服務(wù)！
問(wèn)答環(huán)節(jié)
提問(wèn)1：生物陶瓷的強(qiáng)度和耐腐水平能否能夠追隨大段骨骼的持久植入需要？
曾博士：陶瓷的強(qiáng)度和耐侵蝕度都較強(qiáng)，可是大段骨的植入需要是可降解特征，因而須要制成多孔。可降解資料緊隨植入時(shí)間的增長(zhǎng)，會(huì)漸漸降解，因而不存在侵蝕的問(wèn)題。
針對(duì)關(guān)節(jié)或牙科的應(yīng)用，則須要注重資料的強(qiáng)度和耐侵蝕水平，能夠采取更耐侵蝕的資料，如氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅等。
提問(wèn)2：對(duì)照鈦合金類植入物，生物陶瓷在本錢和技巧上都有哪類優(yōu)勢(shì)？
曾博士：在承重部位須要植入物在早期就擁有較為好的力學(xué)功能，因而鈦合金植入物在這個(gè)行業(yè)擁有較好的優(yōu)勢(shì)。而生物陶瓷的特點(diǎn)在于可降解，在須要可降解的運(yùn)用行業(yè)，如兒童和老年人的缺損恢復(fù)上則擁有顯著優(yōu)勢(shì)。
提問(wèn)3：點(diǎn)云的無(wú)絲打印技巧對(duì)資料分配需要較為高，這在后續(xù)醫(yī)院的運(yùn)用中會(huì)不會(huì)是較為大的阻礙？此外，點(diǎn)云的打印體系能否能夠追隨應(yīng)用其余廠商的生物陶瓷資料？
曾博士：因?yàn)檫@類技巧應(yīng)用的資料范疇較為全面，還須要特殊軟件的解析性能，因而醫(yī)院在應(yīng)用時(shí)須要部分技能，但這類問(wèn)題都能夠很快處理。點(diǎn)云的打印體系是一個(gè)開(kāi)放的體系，能追隨其余廠商的資料。
提問(wèn)4：現(xiàn)在點(diǎn)云對(duì)外有哪類營(yíng)業(yè)的協(xié)作，最希望哪一種型的營(yíng)業(yè)協(xié)作？
曾博士：點(diǎn)云現(xiàn)在對(duì)外的營(yíng)業(yè)含蓋資料、軟件、設(shè)備和臨床運(yùn)用的協(xié)作。咱們研究產(chǎn)品的目標(biāo)在于運(yùn)用，因此最須要的是臨床的協(xié)作。但實(shí)際上，一個(gè)產(chǎn)品加入運(yùn)用的流程是須要群策群力的，因此每一種協(xié)作咱們都十分歡迎。
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