点云生物创始人：战斗技巧极限的3D生物陶瓷打印

摘要

8月2日晚，火石百家约请了点云生物创始人曾庆丰博士，为大家分享了"陶瓷3D打印在医疗行业的运用"。3D陶瓷打印这一前端行业充斥了各类技巧难题和政策难关，点云生物却迎难而上，研究出了独到的无丝打印技巧、生物陶瓷打印机、生物打印墨水等等。在本次演讲中，曾博士回首了点云的开拓之路，并分享了技巧成果。

在开启前，小编节选了一段灌音，分享给大家。

3D打印是当前炙手可热的主旨，在这方面，咱们更多地听到金属和塑料打印。陶瓷打印是一个战斗极限的技巧，而生物陶瓷打印更是难上加难。

3D打印在生物医疗领域的运用概略 

3D打印，亦称增材生产，我国远古修筑的宏伟长城，就是增材生产的典型案例。现在，集成了当代软件、设备、机器电子、资料、并且领域运用技巧的增材生产，更能十足阐扬人们的设想力和缔造力。

该技巧与传统的减材技巧相比，其最大优势就是对高难资料、构造、性能、运用的一体化设计与生产。

现在，世界3D打印市场范围迅速增长，估计到2017年将到达50亿美圆，到2020年将到达108亿美圆。我国在国际产业级3D打印市场上也盘踞首要份额。

现在，3D打印在医疗领域行业已变成工业化最广的行业之一，通过3D打印可以迅速、高效、确切地再现三维计算的模型，完善地复制身体构造与结构，已然在医用模型、内科手术、手术导板、骨科植入物等行业有了全面的运用。

体外运用：此类多为非生物3D打印，原理较简洁，所需资料也容易得。大一些集中在假肢生产、牙齿矫正与恢复等方面。技巧和资料较成熟，能实行商品化。

体内植入：此类多为基于活性生物资料，细胞组织流程，MRI与CT技巧并且3D重构技巧等进行的活体打印，终极目的是打印活体器官。

3D打印植入物的临床运用技巧与政策

3D打印在体内植入物的运用和市场简介

3D打印植入物的终极目的是打印活体器官，现在大多存在于试验室阶段，多数成果全是简洁生命体或是细胞组织打印。现在在体内植入物，拥有工业化远景的首要是医药筛选、骨、骨关节打印和血管支架。

硬组织恢复是一个较大的市场，仅华夏就有千亿元的需要。拥有十分首要的社会意思与经济价值。可是，采取假体恢复，难以动态顺应身体组织改变的须要；自体骨移植术是拆东墙补西墙、数目有限；同种/异种骨恢复，存在免疫排挤反应、重病感染危害；人造骨骼可以可操控造，是成长的必定形势。

抱负的人工骨基质资料应具有下列特点：

1、优良的生物相容性及生物降解性

2、骨传导及诱导活性

3、满意的机器强度

4、可塑型性

5、能负载少量细胞的高浸透性

6、追随骨质细胞生长和性能分化的外表化学本质与微构造

7、可与其它活性分子复合一同诱导骨产生

8、原资料来历全面，制造便宜

9、较易消毒

现在已研发的人工骨首要集中在两种：

一种是以硫酸钙、碳酸钙、磷酸钙并且羟基磷灰石等为代表的无机钙盐，另一种是以有机高分子资料为代表的生物聚合物。现在市场上还没有可降解3D生物陶瓷打印人工骨产品。

3D打印人工骨属于第三种医疗器械，实现申请制，须要严酷的审批，一经获取CFDA申请证，将拥有较高的技巧、运用和时间壁垒。

3D生物陶瓷打印工业链技巧 

3D打印技巧

粉末粘结（3DP）

优势：黑色艺术设计、产业级大型零件生产；

确认：资料用量大、设施巨大、粉体污染。

激光选区烧结（SLS）

优势：产业级大型零件生产；

毛病：资料用量较大、热度高、激光辐射、寿命有限。

叠层生产（LOM）

优势：合适产业级大型零件生产；

毛病：工序繁重、资料用量多、资料耗费严重。

光固化（SLA）

优势：精度高、设施小、操控快捷；

毛病：资料选取有限、一些资料对身体有害。

熔融沉积（FDM）

优势：设施小、价钱廉价；

毛病：资料复合艰难。

许多技巧都能够运用于生物陶瓷打印，可是也存在诸多限定。因而，须要成长订制化的技巧。

无丝打印（FFP）

优势：资料顺应广、资料复合化较易、打印资料定量、打印构造可控、无温差自凝打印；

毛病：操控职员需专业资料分配技巧。

无丝打印的中心意识是由点及线及面及体，由最简洁的“物质点”结构多尺度的“性能云”。这也是“点云”一名的由来。

3D打印设施

国际上有诸多3D生物打印设施，存在诸多好处，但也有不够，总之仍处于成长中。

法国的Ceramaker：采取的是SLA，这是一类光固化技巧。全部工艺过程含盖：创建CAD文档、形成STL文档并分层、逐层打印、脱脂和烧结、后加工。

此中，脱脂和烧结流程必定造成资料改变和尺寸紧缩，这针对尺寸操控须要进行准确操控、设计、预估；因为须要高热烧结，对细胞引入不利。

奥天时的Lithoz：在该行业获得了较大进展。发明了LCM技巧，也采取光固化技巧，但不同于法国的下沉式，它是提拉式的。资料用量较少，可打印出精致的构造，但它也采取了光敏树脂，后期须要脱脂和烧结。

点云采取崭新的技巧链，以真正骨为目的模型。其技巧链首要含盖生产陶瓷粉体、制孔、制支架三个中心方法，均申报了有关发明专利。

制陶瓷粉体：对于制粉技巧，开发了资料精致合成理论解析软件，可以通过软件计算出资料合成前提。

制孔：制孔技巧有多种：颗粒晶格聚积、冷冻干燥、模板法、无丝打印技巧。

? 颗粒晶格聚积：仿制原子聚积，如图，赤色的球代表陶瓷颗粒，红色的球代表生成的孔隙。这类方法能够通过操控球径大小，实行不同孔径的全连接孔隙。

? 冷冻干燥技巧：将陶瓷和其余资料组合成浆料，接着瞬间冷冻到零下30~40摄氏度，乃至更低。接下来进行抽真空，外面的结晶水会通过升华，直接从固态成为气态，进而生成连接的孔隙构造，咱们能够通过陶瓷浆料的固液比来操控孔隙的大小。

? 模板法：采取海绵等生物模板，将陶瓷浆料与模板组合在一块，接着除去模板，进而生成网状孔隙。

? 无丝打印技巧：能够精确操控孔隙大小和梁的宽窄，并且每层间的孔隙大小。

制孔技巧多种多样，其目标全是操控孔隙大小，使细胞能顺遂长入人工骨。

制支架: 制支架也有多种技巧，首要有粉末打印无紧缩烧结、组合技巧、多尺度无丝打印技巧。

点云在3D生物陶瓷打印技巧与运用行业的开拓 

人工骨打印拥有骨矿含量大、资料/孔隙构造高难、软设备操控难、热度应用受限等诸多国际难题。世界的科学家和研发机构都在战斗这一行业。

? 悉尼大学Zreiqat老师正在研究仿真大段人工骨，她们策划“十年内用来临床”。点云3D打印人工骨已完结批量植物试验。获取海内外媒介引用报导数百次。

? 点云已生成了从资料、设备、体外细胞试验、体内植物试验的生态技巧体系。现在正在筹备临床试验。

? 点云研究的生物墨水，能够在纳米尺度上浮控陶瓷资料的形式，更有利于生物降解和资料订制研究。

? 点云3D生物陶瓷打印机能够在常温或低热下实行高粘度生物陶瓷复合资料的增材生产，不变化资料的降解特征和生物相容性。该设施也可订制开发。

? 研发标明，可降解3D打印仿真人工骨拥有诱导成骨特征，是持久牢靠的处理计划。

? 点云在高难构造/牙科行业生成了纳米复合资料、建模与解析软件等特点技巧。

3D生物陶瓷打印是当下增材生产行业的热门、难点、痛点，可是其较大的运用远景和不能代替的领域需要，使得大家汇集尖端聪慧和各类资源，早日为人类健康服务！

问答环节

提问1：生物陶瓷的强度和耐腐水平能否能够追随大段骨骼的持久植入需要？

曾博士：陶瓷的强度和耐侵蚀度都较强，可是大段骨的植入需要是可降解特征，因而须要制成多孔。可降解资料紧随植入时间的增长，会渐渐降解，因而不存在侵蚀的问题。

针对关节或牙科的应用，则须要注重资料的强度和耐侵蚀水平，能够采取更耐侵蚀的资料，如氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅等。

提问2：对照钛合金类植入物，生物陶瓷在本钱和技巧上都有哪类优势？

曾博士：在承重部位须要植入物在早期就拥有较为好的力学功能，因而钛合金植入物在这个行业拥有较好的优势。而生物陶瓷的特点在于可降解，在须要可降解的运用行业，如儿童和老年人的缺损恢复上则拥有显著优势。

提问3：点云的无丝打印技巧对资料分配需要较为高，这在后续医院的运用中会不会是较为大的阻碍？此外，点云的打印体系能否能够追随应用其余厂商的生物陶瓷资料？

曾博士：因为这类技巧应用的资料范畴较为全面，还须要特殊软件的解析性能，因而医院在应用时须要部分技能，但这类问题都能够很快处理。点云的打印体系是一个开放的体系，能追随其余厂商的资料。

提问4：现在点云对外有哪类营业的协作，最希望哪一种型的营业协作？

曾博士：点云现在对外的营业含盖资料、软件、设备和临床运用的协作。咱们研究产品的目标在于运用，因此最须要的是临床的协作。但实际上，一个产品加入运用的流程是须要群策群力的，因此每一种协作咱们都十分欢迎。

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