增材制造（3D打?。┘夹g(shù)通過將原材料自動(dòng)累加的方式制造實(shí)體零件，相比于傳統(tǒng)的材料成型或機(jī)械加工技術(shù)，是一種自下而上的材料累加制造方法，僅使用一臺(tái)3D打印設(shè)備就能夠制造幾何形狀復(fù)雜和內(nèi)部材料成分可變的產(chǎn)品，特別適合單件、小批量和定制化產(chǎn)品的低成本制造。未來醫(yī)療產(chǎn)品將逐步邁向精準(zhǔn)化和定制化，因此，采用增材制造技術(shù)成為我國醫(yī)療器械產(chǎn)品向精準(zhǔn)化、個(gè)性化發(fā)展的重要機(jī)遇。

這主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：

1?? 制造技術(shù)方面，我國的基礎(chǔ)研究和技術(shù)發(fā)展與國際先進(jìn)水平較為接近，涌現(xiàn)了一大批具有國際影響力的研究團(tuán)隊(duì)，各類增材制造技術(shù)裝備發(fā)展較為全面；

2?? 醫(yī)療器械應(yīng)用方面，受益于我國人口眾多，為增材制造技術(shù)提供了廣闊市場空間。

根據(jù)原材料和產(chǎn)品的特征，從非生命體的構(gòu)建到具有生命力活體的制造，增材制造醫(yī)療器械發(fā)展的4個(gè)層面如圖1所示。第1層面是體外或短期接觸人體組織的Ⅰ類、Ⅱ類醫(yī)療器械，例如手術(shù)導(dǎo)航模板、醫(yī)療模型、假肢矯形器等；第2層面是惰性材料的硬組織替代物，包括骨、關(guān)節(jié)及口腔等部位的替代物；第3層面是以組織工程支架為代表的可降解醫(yī)療器械，這類器械通過在誘導(dǎo)人體自體組織生長的同時(shí)自身逐漸降解，最終實(shí)現(xiàn)無異物的人體組織修復(fù)；第4層面則是活性組織的直接制造，也被稱作細(xì)胞打印，將細(xì)胞和生物因子等具有生命活力的材料作為原材料，通過3D打印技術(shù)制造活性組織或器官。

增材制造個(gè)性化植入物技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)

目前，第1層面3D打印醫(yī)療器械的技術(shù)門檻和使用風(fēng)險(xiǎn)較低，第4層面的活性組織3D打印還處在前沿探索階段，第2、第3層面的惰性硬組織替代物和可降解植入物是3D打印醫(yī)療器械研發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化和監(jiān)管研究的重點(diǎn)。本研究就目前醫(yī)用3D打印領(lǐng)域中產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化前景突出的不可降解金屬骨植入物、不可降解聚合物骨植入物和可降解植入物的發(fā)展進(jìn)行綜述，以期為相關(guān)產(chǎn)品的研究和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展提供參考。

01.不可降解金屬骨植入物

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

金屬骨植入物是目前3D打印醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)界發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，隨著金屬3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，金屬材料被廣泛用于硬組織替代物的3D打印，其中鈦系、鈷鉻鉬系、鉭系合金由于其優(yōu)良的生物相容性、耐蝕性、抗疲勞性和摩擦磨損性能，獲得了廣泛的應(yīng)用。西安交通大學(xué)聯(lián)合原第四軍醫(yī)大學(xué)率先實(shí)現(xiàn)了3D打印個(gè)性化下頜骨金屬植入物的臨床應(yīng)用，2015年我國批準(zhǔn)了首個(gè)3D打印非個(gè)性化的髖臼杯假體，2018年批準(zhǔn)了首個(gè)3D打印的個(gè)性化下頜骨植入物。

金屬3D打印骨植入物不僅能夠在外觀上與受損骨骼的解剖形態(tài)精確對(duì)應(yīng)，而且其制造技術(shù)還能構(gòu)建直徑達(dá)數(shù)百微米的精細(xì)可控微孔結(jié)構(gòu)。這些微孔結(jié)構(gòu)不僅為骨組織長入假體內(nèi)部提供了空間，還能有效避免金屬假體產(chǎn)生的應(yīng)力屏蔽效應(yīng)。因此，目前進(jìn)入臨床研究和市場的金屬3D打印骨植入物一般都具有多孔結(jié)構(gòu)，例如3D打印髖臼杯、椎間融合器、脊柱替代物、股骨頭填充棒和髖臼修復(fù)假體等。3D打印金屬多孔骨植入物如圖2所示。

增材制造個(gè)性化植入物技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)

1.2 難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

金屬3D打印骨植入物在多孔結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢給其設(shè)計(jì)帶來了巨大挑戰(zhàn)：多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)顯著影響骨植入物的力學(xué)性能及其植入后的骨重建行為，對(duì)骨植入物的性能和功能都有顯著影響。在金屬3D打印粉末原材料和制造工藝發(fā)展成熟的背景下，骨植入物的個(gè)性化設(shè)計(jì)尤為重要。

3D打印骨植入物廣泛用于人體各個(gè)部位骨骼的修復(fù)和重建。SUN等提出了3D打印多孔骨植入物的共性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，包括強(qiáng)度準(zhǔn)則、早期穩(wěn)定準(zhǔn)則和遠(yuǎn)期穩(wěn)定準(zhǔn)則，分別對(duì)應(yīng)多孔骨植入物在臨床中的力學(xué)安全性、術(shù)后即刻固定有效性和長期服役過程中的穩(wěn)定性。

在強(qiáng)度準(zhǔn)則中，他們提出借鑒工程領(lǐng)域安全系數(shù)的概念來衡量骨植入物的安全性，即定義骨植入物的安全系數(shù)為材料的屈服強(qiáng)度與骨植入物在人體內(nèi)所受最大應(yīng)力的比值，如式所示，用以定量評(píng)估設(shè)計(jì)結(jié)果的安全系數(shù)。

增材制造個(gè)性化植入物技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)

式中，N為骨植入物的安全系數(shù)；σs為材料的破壞應(yīng)力，通常為屈服強(qiáng)度；σmax為骨植入物在服役環(huán)境中的最大應(yīng)力。安全系數(shù)N理論上必須大于1，且在設(shè)計(jì)實(shí)踐中必須留出安全裕量，因此額定安全系數(shù)的選擇須考慮骨植入物的服役環(huán)境、預(yù)期服役時(shí)限、力學(xué)失效風(fēng)險(xiǎn)等諸多因素。

早期的穩(wěn)定準(zhǔn)則中提出了通過骨和植入物界面的相對(duì)微動(dòng)定量評(píng)價(jià)植入物在人體內(nèi)早期穩(wěn)定性的原理，過量的微動(dòng)會(huì)造成骨/假體界面上形成纖維組織，甚至破壞界面，而在一定閾值內(nèi)的骨/假體界面微動(dòng)則能夠成為刺激界面上骨生長的激勵(lì)因素，有助于形成穩(wěn)定的骨/假體生物固定。一般認(rèn)為，20~50 μm的微動(dòng)能夠?qū)?假體界面整合有促進(jìn)作用， 50~100 μm的微動(dòng)可能會(huì)對(duì)界面融合產(chǎn)生不利影響，但大于150 μm的微動(dòng)會(huì)破壞骨假體界面愈合。

在遠(yuǎn)期穩(wěn)定準(zhǔn)則中，周圍骨組織的重建影響骨組織向多孔結(jié)構(gòu)中的內(nèi)向生長以及周圍骨向植入物提供的穩(wěn)定骨性支撐。根據(jù)Wolff定律，骨組織具有感知載荷變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整骨吸收和骨形成的能力，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出來的功能性適應(yīng)理論認(rèn)為力學(xué)刺激與骨組織之間存在一種生理平衡，在一定的刺激范圍內(nèi)，骨的生長與吸收過程相互平衡，大于該范圍則引起骨量增加，小于該范圍則造成骨流失。骨重建與力學(xué)激勵(lì)的關(guān)系如圖3所示。根據(jù)兩者關(guān)系提出，設(shè)計(jì)的多孔骨植入物在承擔(dān)人體生理載荷時(shí)，一方面能夠有效將應(yīng)力傳導(dǎo)至周圍骨，使周圍骨所受力學(xué)刺激盡可能處于能夠促進(jìn)骨生長和重建的范圍內(nèi)，從而保障假體能夠獲得穩(wěn)定的骨性支撐；另一方面具有適宜于骨組織長入的微觀孔隙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括孔型、孔徑、孔隙率、微桿直徑等參數(shù)。

增材制造個(gè)性化植入物技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)

1.3 監(jiān)管發(fā)展

以《無源植入性骨、關(guān)節(jié)及口腔硬組織個(gè)性化增材制造醫(yī)療器械注冊(cè)技術(shù)審查指導(dǎo)原則（2019年第70號(hào)）》為代表[15]，我國藥品監(jiān)督管理局先后針對(duì)3D打印髖臼杯、人工椎體、椎間融合器、下頜骨等產(chǎn)品出臺(tái)了產(chǎn)品層面的注冊(cè)審查指導(dǎo)原則，在共性性能評(píng)價(jià)方面出臺(tái)了針對(duì)理化性能均一性、等效性模型的指導(dǎo)原則。在個(gè)性化金屬3D打印骨植入物的設(shè)計(jì)方面，由于定制式器械“獨(dú)一無二”的特征，使其難以在臨床應(yīng)用前進(jìn)行完備的性能評(píng)估測試，設(shè)計(jì)過程中所需的醫(yī)工交互過程的復(fù)雜性、臨床應(yīng)用的特異性等也為定制式骨植入物的設(shè)計(jì)開發(fā)和臨床應(yīng)用帶來風(fēng)險(xiǎn)。因此，3D打印金屬骨植入物領(lǐng)域當(dāng)前的發(fā)展重點(diǎn)在于建立具有通用性的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并形成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

我國藥品監(jiān)督管理局在2020年發(fā)布了《個(gè)性化匹配骨植入物及工具醫(yī)工交互質(zhì)控審查指導(dǎo)原則》，對(duì)個(gè)性化骨植入物設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的醫(yī)工交互要點(diǎn)進(jìn)行了闡述，為定制式骨植入物的設(shè)計(jì)開發(fā)提供了綱領(lǐng)性指導(dǎo)。目前尚未有細(xì)化到骨植入物設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

鑒于金屬3D打印骨植入物覆蓋產(chǎn)品類別的廣泛性，與之相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展應(yīng)遵循“共性-個(gè)性”的脈絡(luò)。首先圍繞共性需求和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，建立高級(jí)別的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為主干，然后面向特異性產(chǎn)品建立有針對(duì)性的設(shè)計(jì)規(guī)范，使3D打印金屬骨植入物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系逐步完善。

02. 不可降解非金屬骨植入物

2.1 發(fā)展現(xiàn)狀

在非金屬材料中，陶瓷材料由于自身脆性大，難以用在大尺寸的具有承力功能的骨植入物中，目前多數(shù)應(yīng)用研究集中在小尺寸的骨填充支架方面。在聚合物材料中，聚醚醚酮（polyetheretherketone,PEEK）材料已在植入物中有長期的應(yīng)用歷史。相比于金屬材料，PEEK的力學(xué)性能與人體自然骨更為接近，有利于生理載荷的傳遞，可有效改善假體植入人體后的應(yīng)力遮擋現(xiàn)象。同時(shí)，PEEK在X線透射下呈半透明且無偽影，便于影像學(xué)觀察。因此PEEK材料被視為可替代金屬材料的下一代骨植入物材料，目前在軀干、上肢、顱頜等非主要承力部位已經(jīng)有大量應(yīng)用。在增材制造PEEK骨植入物臨床應(yīng)用方面，國內(nèi)的發(fā)展處于世界前列。西安交通大學(xué)自2017年起使用材料擠出成形3D打印技術(shù)制作的定制式PEEK肋骨植入物率先實(shí)現(xiàn)了臨床應(yīng)用，后續(xù)在顱骨、胸肋骨、下頜骨、肩胛骨等多個(gè)部位獲得應(yīng)用，部分案例如圖4所示。

增材制造個(gè)性化植入物技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)

增材制造PEEK植入物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展在2023年取得了重要突破，美國Curiteva公司在2023年通過FDA 510(k)許可獲得了國際上首個(gè)材料擠出成形的PEEK骨植入物注冊(cè)證，國內(nèi)西安康拓醫(yī)療公司也在2023年通過我國藥監(jiān)局“創(chuàng)新醫(yī)療器械”獲得了粉末床熔融PEEK顱骨修補(bǔ)假體的注冊(cè)證。

2.2 難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

盡管PEEK骨植入物已經(jīng)在臨床應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展取得了成功，但其發(fā)展依然面臨兩方面難點(diǎn)。一方面，PEEK材料自身生物惰性導(dǎo)致難以與人體組織結(jié)合，導(dǎo)致PEEK骨植入物存在較高的松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，現(xiàn)有可用于骨植入物的PEEK材料受到國外廠商壟斷，國內(nèi)行業(yè)發(fā)展存在“卡脖子”問題。

PEEK材料的生物活性化是生物材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，目前發(fā)展的主要策略包括復(fù)合材料、涂層、表面化學(xué)改性等。在上述措施中，涂層改性通過在PEEK表面制備一層生物活性材料，能夠有效改善PEEK材料的成骨功能，但涂層與PEEK基體的界面結(jié)合力弱仍是涂層改性亟須解決的問題。例如HAHN等通過氣冷噴涂的方式在PEEK材料表面制備羥基磷灰石（HA）涂層，盡管提高了材料的生物活性，但HA涂層與PEEK基體間結(jié)合強(qiáng)度為14.3 MPa，僅為PEEK材料自身強(qiáng)度的20%左右。表面化學(xué)改性通過引入新的基團(tuán)或者活性因子，可根據(jù)器械需求實(shí)現(xiàn)藥物緩釋、抗菌、快速成骨等定制化功能，同時(shí)保留PEEK材料本身優(yōu)異的力學(xué)性能。

但表面化學(xué)改性一方面存在制備流程復(fù)雜，難以從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化，另一方面在材料層面引入了新的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)進(jìn)入臨床存在審批瓶頸。復(fù)合材料改性通常選用生物相容性已經(jīng)被充分驗(yàn)證的材料，通過物理混合的方式與PEEK基體進(jìn)行復(fù)合，制造工藝簡單，且材料層面不存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，因此共混改性的PEEK復(fù)合材料結(jié)合3D打印多孔結(jié)構(gòu)在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面具有更大的前景。ZHENG等研究了材料擠出成形3D打印HA/PEEK復(fù)合材料支架的骨整合能力，發(fā)現(xiàn)孔隙尺寸為600 μm、HA質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~40%時(shí)，支架的骨整合能力與金標(biāo)準(zhǔn)“鈦合金”相當(dāng)。SUN等在軟組織的研究中也發(fā)現(xiàn)，在PEEK中添加HA能夠加快軟組織與PEEK基體的緊密貼附，這對(duì)避免術(shù)后炎癥、積液等并發(fā)癥有重要意義。

在生物醫(yī)用PEEK原材料方面，目前國際市場主要被英國Invibio公司占據(jù)，在我國藥品監(jiān)督管理局注冊(cè)的PEEK第Ⅲ類醫(yī)療器械中，尚未有使用國產(chǎn)PEEK原材料的產(chǎn)品。國外廠商對(duì)植入級(jí)PEEK原材料的壟斷局面造成了材料價(jià)格高昂，制約了國產(chǎn)PEEK高性能醫(yī)療器械的發(fā)展。國產(chǎn)植入級(jí)PEEK材料的發(fā)展需重點(diǎn)解決高純度PEEK生產(chǎn)工藝中對(duì)于潛在可瀝濾物、重金屬殘留和生物相容性的生產(chǎn)控制工藝難的問題。系統(tǒng)研究PEEK生產(chǎn)過程中的合成單體、溶劑等潛在可瀝濾物對(duì)于生物體的安全容限范圍，從而建立起我國的植入級(jí)PEEK材料生產(chǎn)和評(píng)價(jià)體系。

2.3 監(jiān)管發(fā)展

目前我國在增材制造PEEK材料骨植入物領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)尚未健全。在原材料層面，YY/T 0660《外科植入物用聚醚醚酮（PEEK）聚合物的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》主要對(duì)PEEK材料的成分、理化和力學(xué)性能進(jìn)行了規(guī)范，在此基礎(chǔ)上，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CAMDI015−2022《用于醫(yī)學(xué)植入物的增材制造聚醚醚酮（PEEK）材料》對(duì)植入物用到的PEEK材料的可瀝濾物、重金屬殘留及與增材制造密切相關(guān)的理化指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)范。上述標(biāo)準(zhǔn)初步建立了PEEK骨植入物材料基礎(chǔ)方面的規(guī)范。《增材制造聚醚醚酮植入物注冊(cè)審查指導(dǎo)原則（2022年第3號(hào)）》針對(duì)PEEK材料植入物大類產(chǎn)品提供了研發(fā)和注冊(cè)依據(jù)。目前可用于PEEK增材制造的工藝類型為材料擠出成形和粉末床熔融兩類，其成形原理和使用的原材料形態(tài)有顯著區(qū)別，因此還需建立針對(duì)特定增材制造工藝的材料標(biāo)準(zhǔn)。

在制造層面，我國已初步建立了增材制造領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系，但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)未考慮到用于醫(yī)療器械的制造。由于增材制造工藝逐層累加的性質(zhì)，制造過程中環(huán)境粉塵、機(jī)械系統(tǒng)雜質(zhì)等存在被引入器械內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)，且增材制造工藝存在批次間一致性不佳的問題，因此須建立針對(duì)醫(yī)療器械制造的增材制造設(shè)備和工藝評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，從而確保產(chǎn)品的安全性和批次間性能。

在醫(yī)療器械層面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，我們可在材料、制造層面標(biāo)準(zhǔn)逐步完善的同時(shí)，根據(jù)市場發(fā)展需求和趨勢，制定針對(duì)具體器械類型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和審評(píng)規(guī)范，起到標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品同步發(fā)展甚至引領(lǐng)產(chǎn)品發(fā)展的作用。

03. 可降解植入物

3.1 研究現(xiàn)狀

近年來，3D打印技術(shù)從制造以機(jī)械支撐功能為主的惰性人工植入物，向制造以再生修復(fù)功能為主的可降解植入物發(fā)生了重要轉(zhuǎn)變。這一領(lǐng)域正逐漸成為未來的發(fā)展方向和國際的主流共識(shí)，特別是基于熔融、無溶劑的增材制造策略，結(jié)合目前已經(jīng)在臨床上安全使用數(shù)十年的金屬和醫(yī)用高分子材料，為構(gòu)建臨床可用的可降解植入物提供了最為便捷和可行的途徑。

開展3D打印可降解植入物研究的單位主要包括哈佛大學(xué)、密歇根大學(xué)、維克森林大學(xué)、萊斯大學(xué)、昆士蘭科技大學(xué)、南洋理工大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)、四川大學(xué)、中國人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)等，研究內(nèi)容集中在醫(yī)用可降解材料的研發(fā)與功能改性、植入物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、3D打印新工藝與裝備研發(fā)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等“單元技術(shù)”的創(chuàng)新。

在金屬方面，鎂、鋅基材料在增材制造中面臨金屬蒸發(fā)和防爆等工程技術(shù)瓶頸，且面臨降解速率過快的難題，故動(dòng)物試驗(yàn)和臨床的報(bào)告較為罕見。鐵基可降解金屬材料有少量動(dòng)物試驗(yàn)報(bào)告，NIE等在48周的長期動(dòng)物試驗(yàn)中驗(yàn)證了鐵基可降解金屬在承重部位骨骼修復(fù)的潛力。

在高分子方面，例如，德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所篩選了聚乳酸和碳酸鈣的復(fù)合材料配比，優(yōu)化了該類復(fù)合材料的激光粉末床熔融工藝，成功實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化可降解多孔顱骨板的制造。昆士蘭科技大學(xué)的研究人員利用生物可降解聚己內(nèi)酯-磷酸三鈣復(fù)合材料經(jīng)熔融擠出3D打印成形了蜂窩狀多孔骨植入物，進(jìn)一步在多孔植入物上負(fù)載生長因子，有效促進(jìn)了綿羊大段脛骨缺損的修復(fù)。

目前，3D打印可降解骨科植入物的部分產(chǎn)品已進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。例如，西安交通大學(xué)和空軍軍醫(yī)大學(xué)合作，2004年實(shí)現(xiàn)了3D打印大段可降解人工骨的臨床試驗(yàn)。上海交通大學(xué)2018年實(shí)現(xiàn)了3D打印可降解耳郭軟骨植入物的臨床試驗(yàn)。3D打印的可降解骨、軟骨植入物通常具有和天然骨組織相近的模量，從而可為自體骨組織的再生提供臨時(shí)的結(jié)構(gòu)和力學(xué)支撐。少數(shù)單位已成功實(shí)現(xiàn)了3D打印可降解骨科植入物的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，如新加坡Osteopore公司將熔融擠出3D打印的聚己內(nèi)酯支架用于顱頜面骨缺損的修復(fù)，與不可降解的惰性植入物相比，可降解植入物大大降低了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率。

3.2 難點(diǎn)與挑戰(zhàn)

針對(duì)具有柔軟力學(xué)性能及復(fù)雜生理學(xué)功能的心肌、骨骼肌、神經(jīng)等人體重要功能性組織器官的修復(fù)，仍然缺乏相應(yīng)的可降解植入物設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、高精度3D打印工藝裝備，以及實(shí)現(xiàn)其活性化、功能化再生修復(fù)的技術(shù)與策略。

在3D打印的可降解植入物與自體軟組織力學(xué)柔性適配方面，西安交通大學(xué)的MENG等 研發(fā)了柔性多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與增材制造方法，使聚己內(nèi)酯支架的彈性模量可在（1944.0±228.7）~（27.3±12.0） kPa廣泛調(diào)節(jié)，覆蓋了從軟骨到肌肉再到脂肪等軟組織的力學(xué)需求。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提出了柔性可降解乳房支架大變形下的力學(xué)性能設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了乳房軟組織支架植入體內(nèi)后變形情況的預(yù)測，驗(yàn)證了其力學(xué)穩(wěn)定與安全性。2016年，他們與空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院合作實(shí)現(xiàn)了3D打印可降解個(gè)性化乳房植入物的國際首例臨床試驗(yàn)，建立了從患者影像學(xué)數(shù)據(jù)到個(gè)性化柔性乳房支架設(shè)計(jì)、3D打印、臨床交付及跟蹤的全流程技術(shù)體系，顛覆了傳統(tǒng)“一刀切，填硅膠”的乳腺腫瘤治療手段（見圖5(a)）。經(jīng)過多年的發(fā)展，該團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的可降解植入物已拓展了可降解氣管外支架（見圖5(b)）等臨床應(yīng)用新方向。

增材制造個(gè)性化植入物技術(shù)發(fā)展與挑戰(zhàn)

在軟組織活性化/功能化再生修復(fù)方面，當(dāng)前研究的前沿?zé)狳c(diǎn)是賦予3D打印可降解支架引導(dǎo)細(xì)胞組織發(fā)育模擬出自然組織形態(tài)和功能的能力。例如，高精度3D打印技術(shù)更有利于成形類似自然組織的復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)，西安交通大學(xué)賀健康團(tuán)隊(duì)發(fā)明了高精度靜電3D打印技術(shù)，將3D打印的制造分辨率提高到微米甚至納米尺度。他們利用靜電打印技術(shù)制造的微米、亞微米纖維支架可有效引導(dǎo)心肌細(xì)胞三維的分層定向生長，從而模擬出天然心肌組織的生理結(jié)構(gòu)，為心肌梗死組織的修復(fù)治療提供了新的可能。此外，利用電荷中和與動(dòng)態(tài)電壓調(diào)控技術(shù)，HE等進(jìn)一步開發(fā)了高深寬比微米纖維支架的靜電打印技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界最高尺寸的微米纖維支架打印，有效引導(dǎo)了骨骼肌細(xì)胞大面積的定向生長，為大體積骨骼肌缺損的修復(fù)提供了潛在途徑。這些研究在功能性軟組織的宏觀/微觀生理結(jié)構(gòu)再生修復(fù)方面取得了突破性的進(jìn)展，未來應(yīng)進(jìn)一步融合納米功能材料或生物活性材料，推動(dòng)3D打印的可降解植入物向促進(jìn)組織功能再生的方向發(fā)展。

3.3 監(jiān)管發(fā)展

我國3D打印可降解植入物產(chǎn)業(yè)方興未艾，在成果轉(zhuǎn)化方面面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，缺乏相應(yīng)的測試和評(píng)價(jià)體系，無法全面和系統(tǒng)地評(píng)價(jià)3D打印可降解植入物的安全性和有效性，制約了其產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。第一，需圍繞可降解材料及其3D打印成形過程中可能影響到產(chǎn)品性能的指標(biāo)進(jìn)行檢測，明確可降解植入物產(chǎn)品加工過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。第二，與金屬或PEEK植入物的高溫加工過程不同，可降解植入物的加工溫度普遍較低，難以保證植入物加工過程中的無菌與潔凈。需要針對(duì)特定的可降解產(chǎn)品制定標(biāo)準(zhǔn)化滅菌工藝規(guī)范，確保不損害產(chǎn)品性能的同時(shí)保障安全性。第三，在成形質(zhì)量和有效性驗(yàn)證方面，尚需針對(duì)應(yīng)用需求，明確3D打印可降解植入物的成形精度、力學(xué)性能、降解性能及臨床有效性的相關(guān)定義與測試評(píng)價(jià)體系。

04.結(jié)論

（1）與增材制造金屬骨植入物相關(guān)的材料和制造技術(shù)趨于完善，已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。多孔結(jié)構(gòu)和定制化優(yōu)勢給3D打印骨植入物帶來傳統(tǒng)技術(shù)難以企及的優(yōu)勢，但也給植入物的設(shè)計(jì)和性能評(píng)價(jià)帶來了挑戰(zhàn)。遵循“共性-個(gè)性”的脈絡(luò)，建立共性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和針對(duì)各類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)范是金屬3D打印骨植入物未來的發(fā)展方向。

（2）增材制造PEEK植入物在人體非主要承力骨的替代物中有突出優(yōu)勢。PEEK材料的生物惰性導(dǎo)致其難以與人體組織形成緊密融合是目前技術(shù)研究的重點(diǎn)領(lǐng)域，PEEK基復(fù)合材料多孔結(jié)構(gòu)有望為PEEK材料的組織融合難題提供便捷的解決方案。

（3）增材制造可降解植入物有望為各類軟硬組織缺損提供個(gè)性化、活性化修復(fù)的理想途徑。圍繞增材制造工藝與可降解材料的匹配性、植入物降解與組織再生的匹配性以及植入物長期的安全有效性仍需開展大量實(shí)踐研究，以推動(dòng)增材制造可降解植入物的進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展與臨床應(yīng)用。

（4）得益于快速發(fā)展的增材制造技術(shù)和廣大的患者群體，我國在增材制造人體植入物領(lǐng)域的研究和應(yīng)用均處在世界前列，在3D打印骨植入物和可降解軟組織植入物等方面誕生了一批具有引領(lǐng)性的臨床應(yīng)用，與之相關(guān)的監(jiān)管科學(xué)發(fā)展將引領(lǐng)個(gè)性化人體植入物從研究走向產(chǎn)業(yè)化，有望為我國高端醫(yī)療器械行業(yè)提供創(chuàng)新發(fā)展的重要機(jī)遇。

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