行動不卡卡 仿生3D列印讓人「材」合一

11 / 22 . 2021
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根據國民健康署統計,跌倒是臺灣長者第二大事故死亡原因,跌倒造成的生理機能衰退,影響日常生活以及活動能力。經濟部技術處投入資源開發3D列印技術加上仿生科技的醫材,發展出可在人體內「無縫接軌」的各種關節及植入物,可以大幅降低患者的不適感,也能讓植入物與細胞生長更緊密,可縮短復原時間。

工研院生醫與醫材研究所副所長沈欣欣指出,「促進組織整合仿生3D列印技術」以3D列印金屬鈦骨材為出發點,從力學微結構設計與模擬為起點,開發各種用於不同部位固定與軟硬組織介面融合骨材,例如:用於韌帶固定的骨釘與椎間盤、椎間盤融合器,讓手術患者可以在術後有更好的適應性及活動性。

沈欣欣說,傳統的骨材植入物多為實心金屬材料,具備較強支撐力,但是,金屬的密度高、重量比較重,細胞也不易在金屬表面上依附生長。為突破此一困境,團隊經過不斷的模擬與驗證,決定加入孔洞的設計,來改善植入物與身體的相容性與力學適應匹配。就像蓋房子一樣,這些骨釘或椎間盤就像是人體的鷹架,一定要能具備足夠的支撐能力,團隊透過人體骨骼微孔洞結構設計、進行力學分析模擬,才能研發出具有高孔隙率又有高支撐力的仿生骨材。

該技術所研發的植入物以鈦金屬為基底,搭配陶瓷材料、高分子材料等使用,可以吸引骨細胞吸附孔隙生長,讓植入骨材與身體密合度更好,加上多孔隙設計可以減少金屬約30%-50%的重量,在手術後也可以減少因為重量導致植入物產生的位移情形,縮短復原時間、減低照護成本。

在個人化醫療趨勢帶動下,精準、客製將是未來的重要趨勢,此項技術也在2021年獲得全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards),證明了技術價值與重要性,相關技術目前也已經技轉可成生技等多家生技公司。根據市場調查,2020年臺灣生醫產業與數位醫療規模達超過新台幣6千億元,其中醫材的成長幅度高達13.7%,不難想見高值化醫材的潛力。

沈欣欣指出,仿生骨材已經有實際植入人體的紀錄,相比傳統的植入物,創新的3D列印仿生骨材具有更貼近患者組織結構的特點,並能縮短冗長的復原休養期,可以更早開始進行復健。團隊希望將來可以結合列印技術、醫學影像等資料,依據不同患者的骨密度與使用習慣,客製出精準的植入物;同時也正在開發加入可降解金屬材料,希望能創造出讓人體可以完全吸收的材料,讓人「材」合一,活動順暢不卡關。