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2016年度陕西省科学技术奖推荐项目公示信息表
作者:惠增骞日期:2016-04-06

一、项目名称:可发育生物陶瓷骨支架的三维精准打印工艺及设备

二、主要完成人排序及贡献:

序号姓名工作单位对成果创造性贡献
1汪焰恩西北工业大学主持制定项目的总体方案和具体的实施计划。主持了基于知识库骨支架的个性化仿生设计;主持了三维精准组装工艺的机理研究;主持了功能性成型设备的开发。
2卢婷利西北工业大学主持制定项目的总体方案和具体的实施计划。借助细胞实验,研究了细胞在骨支架表面及内部微细孔道得有效分化和增殖,为骨支架结构的优化设计以及基体材料的选择提供了工艺指导。
3魏庆华西北工业大学基于动力学的数值计算方法,分别从微观分子相互作用、力学性能、对相关函数等方面对目前应用较多的基体材料进行了表征,为基体材料的选择与设计提供可靠的理论指导。
4丁坦第四军医大学参与了课题的实验设计及相关实验工作,特别是对软体支架的设计及其在神经、血管方面的研究提供了实验支撑。?
5赵雯西北工业大学借助细胞实验,研究了细胞在骨支架表面及内部微细孔道得有效分化和增殖,为骨支架结构的优化设计以及基体材料的选择提供了工艺指导。为细胞在可发育陶瓷骨支架上的贴壁生长提供了技术支持,和理论指导。
6王哲第四军医大学参与复杂脊椎畸形矫正和骨质酥松手术实验方案设计及相关临床手术实验数据收集及反馈,为发育骨支架临床应用提出可行性技术路线和方案,同时也对软体支架的设计及其在神经、血管方面的研究提供了实验支撑。
7魏生民西北工业大学主持制定项目的总体方案和具体的实施计划。利用图形图像处理技术,为人工骨支架的微观结构设计提出了技术支持,实现了具有复杂多孔结构人工骨支架的制备,保证了可发育骨支架制备工艺的可行性。
8李欣培西北工业大学利用离散堆积原理得出了微球堆积骨支架可以简化为周期性,简单立方体结构。基于Ansys 数值分析了粘结剂和微球之间的力学关系模型,结合SEM 和图形图像处理方法研究磷酸钙基微球临界尺寸与生物粘结剂在表面粘结强度之间的数学及试验关系模型。
9杨明明西北工业大学利用有限元仿真和多物理场耦合方法,结合数值计算所得工艺参数对压电喷嘴的机理进行了理论研究,并基于喷洒实验对喷嘴进行了改造,为生物粘结剂的精准喷洒提供了技术支持,在整个成型机的开发过程中至关重要。
10李战宁中国人民武装警察部队陕西省总队医院参与了课题的实验设计及相关实验工作,通过对临床病患骨数据的收集,为骨支架数据库的建设提供了可靠数据,在骨支架个性化仿生设计方面做出了较大贡献。
11梁瑞中国人民武装警察部队陕西省总队医院参与了骨支架数据库的建设,通过对临床病患骨数据的收集,为骨支架知识库的构建以及个性化骨支架的设计提供了可靠的数据。

三、主要完成单位排序及贡献:

1完成单位:西北工业大学

主持制定项目的总体方案和具体的实施计划。主持了基于知识库骨支架的个性化仿生设计;主持了三维精准组装工艺的机理研究;主持了功能性成型设备的开发。是整个项目的主题完成单位,所做工作量占整个项目的85%

2完成单位:第四军医大学

参与了课题的实验设计及相关实验工作,特别是对软体支架的设计及其在神经、血管方面的研究提供了实验支撑,此外还协助西北工业大学完成了部分骨支架的细胞培养实验。

3完成单位:中国人民武装警察部队陕西省总队医院

作为外协单位参与了课题的实验设计及相关实验工作,通过对临床病患骨数据的收集,为骨支架数据库的建设提供了可靠数据,在骨支架个性化仿生设计方面做出了较大贡献。此外,为可发育生物陶瓷术前诊断模型的应用推广及精准打印工艺的改进做出了较大的贡献。

四、项目简介(限1500字):

项目简介:该项目属于机械工程与生物医学交叉领域。

在骨外科手术中,由于疾病、事故和战争导致大量人体骨骼创伤,骨缺损需要移植骨的情况是十分多见的。然而,自体骨来源有限且会造成取骨处缺损并发症,异体骨可能引起免疫排斥反应和传染性疾病,因此人工骨及其临床应用的研究是解决骨。特别是随着三维打印制造技术的发展,学术界提出利用三维打印技术直接构造功能性组织器官的方案。相对于传统的切削、腐蚀等加工方法,三维打印技术具有自底向上构建复杂结构的优势,运用这一新兴制造技术人们可望直接构建复杂的生物组织结构。利用可降解生物陶瓷复合材料通过三维精准组装技术所制备的人工骨不仅具有与生物骨骼一致的外观形状,同时还可以仿制出生物骨骼微观形态,使其具有与生物骨骼一致的力学梯度和功能梯度;术后,生物陶瓷人工骨参与人体新陈代谢自动降解,并且引导骨细胞重组生成自体骨。逐渐替代原有手术用的人工骨支架。为了实现这些优势的临床应用,必须保证支架材料降解率与自体骨组织重构率及移植后血管化进程相匹配,这也对三维人工骨支架的构造提出了更高的要求。在国家级基金和省部级基金资助下,该项目自2004年启动至今,历时12年,团队一直致力于个性化仿生骨支架的制造技术及其装备研究,结合生物增材制造技术,以基础研究和关键技术突破带动可发育生物陶瓷骨支架三维精打印工艺及装备的研发。

该项目成果曾获陕西省高等学校科学技术一等奖1项、陕西省第二届职工优秀科技创新成果技术发明类金奖1项、第十七届中国国际高交会优秀产品奖1项;申请发明专利19项(授权11项),软件着作权5项;出版专着1部(科学出版社),主要阐述了多孔骨支架快速成型工艺;在Biomaterials AdvancedFunctional MaterialsMaterials &DesignJournal of theMechanical Behavior of Biomedical MaterialsJournal of Materials Science,中国科学,机械工程学报等国内外着名SCI/EI学术期刊上发表相关论文90余篇,其中SCI 42篇,ESI 1篇,SCI总被引次数为233次,SCI总影响因子110.334,篇均影响因子2.627,国际会议邀请学术报告8次;拥有可发育生物陶瓷骨支架制备技术及设备的核心知识产权,部分研究成果处于国际领先进水平。借助项目所开发的三维精准组装成型机,研制出个性化全骨仿生骨支架系列产品,部分研究成果已经得到了成熟应用,如羟基磷灰石全骨仿生骨术前诊断模型、隐形牙齿矫正器等。其中个性化全骨仿生术前诊断模型得到国际同行高度关注,并被美国科学促进会(AAAS)报道。此外,项目产品已成熟应用于第四军医大学口腔医院、西京医院、中国人民武装警察部队陕西省总队医院、北京大学第三医院、积水潭医院等医疗机构,且近三年新增销售额达2100万元。

五、公示时间:

二零一六三月二十五日至二零一六年四月十日