微纳3D打印：推动生物支架研发进程，实现高端医疗器械自主创新
发布日期：2024-11-04
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在心血管疾病发病率升高、人口老龄化加剧以及微创医疗技术不断进步的复合背景下，生物支架的市场需求持续扩大。定制化治疗技术的发展促进了生物支架的创新，重点在于降低支架梁的厚度、缩小直径和延长长度，以增强其在复杂血管中的输送性能，进而提升支架的灵活性、精细度和准确性。
3D打印技术以其高效率、高精度、高质量和高设计自由度的特点，在医疗设备和器械制造领域展现出显著优势，有效提升了治疗效果和患者的生活品质。摩方精密作为全球微纳3D打印技术及精密加工解决方案的领先提供商，能够迅速响应客户需求，定制化生产出复杂精密的原型，显著加速临床前测试阶段的产品开发进程。
01 智慧医疗前沿 行业热点聚焦
据Precedence Research统计，全球支架技术市场规模在2024年达到了16.9亿美元，预计到2034年将增长至43.9亿美元，期间的复合年增长率（CAGR）为10%。支架技术在受损组织与器官移植、再生和修复领域的应用不断扩展，是推动全球支架技术市场增长的主要因素。
此外，人们不健康的饮食习惯、长时间久坐的生活方式以及压力增大的问题日渐突出，这导致了对于高效心脏病学干预方案的迫切需求。同时，我国致力于加强医疗基础设施建设及引进尖端医疗设备，此项政策有效促进了相关市场的扩展。
02 创新技术驱动 塑造发展新动能
摩方精密致力于探索微纳3D打印在生物支架领域更多元的创新应用场景，希望为生物医疗行业带来颠覆性突破。接下来，通过以下五组客户应用案例，共同领略这些微小却强大的结构创造的无限生命可能。
案例1 静电纺丝3D支架
武汉大学中南医院蔡林教授团队受多层渔网结构的启发，通过模板辅助静电纺丝和微纳3D打印技术的结合，开发了一种3D纳米纤维支架。这种独特的拓扑结构，特别是富含锶羟基磷灰石（SrHAp）的聚己内酯/丝素蛋白纳米纤维，在协同促进血管生成、增强成骨和抑制破骨细胞分化方面发挥着关键作用。
团队利用摩方精密面投影微立体光刻(PμSL)技术（nanoArch® S130，精度：2μm）在静电纺丝膜上打印水凝胶点阵结构，通过膜层的组装获得3D支架，提高3D支架作为组织工程平台的适用性。该支架植入仅8周内，就在整个植入区域引发了大量新骨的生长，展现了近100%的修复效率，这一成果为治疗骨质疏松性骨缺损提供了一种极具潜力的治疗策略。
DOI：10.1007/s42765-024-00451-3
案例2 生物活性BG /GO支架
上海交通大学等团队研究基于表面改性的3D打印多孔生物活性玻璃(BG) /氧化石墨烯（GO）支架对巨噬细胞活化和骨再生的影响。该团队利用摩方精密microArch® S240（精度：10μm）3D打印设备，成功打印了生物支架。
其打印结构为多孔圆柱，整体尺寸12.5*2mm³，烧结前孔径500μm、烧结后(孔径300-350μm，杆径约200-250μm)，孔隙率80%。该研究成功实现了骨再生，有望用于临床骨缺损的治疗中。
DOI：10.1016/j.compositesb.2023.110673
案例3 光固化水凝胶制备多种支架
湖南大学韩晓筱教授团队提出了一种光吸收与自由基反应协同作用的光散射抑制新机制，并基于此机制开发了一种新型光抑制剂（Cur-Na），有效抑制光辅助3D打印中的光散射效应。
团队将添加了Cur-Na的生物墨水应用到摩方精密nanoArch® S140（精度：10μm）光固化打印机中，成功地制造了各种具有多尺度通道和薄壁网络结构的生物活性功能支架（仿生支架，可灌注血管网络，极小三周期曲面等），证明了该光抑制剂在制造具有小尺度特征的功能性载细胞3D支架方面的卓越能力。
DOI：10.1038/s41467-023-38838-2
案例4 复合心血管支架
来自香港城市大学等团队设计和制造了具有高径向强度的薄壁3D打印复合心血管支架，成功实现了壁厚约为150μm且具有高径向强度的复合支架。该研究为解决薄壁厚度和高径向强度无法同时实现的困境提供了一种潜在的解决方案，并激发了更多基于新型3D打印力学超材料医疗设备应用的灵感。
该研究采用摩方精密nanoArch® S140（精度：10μm），利用PμSL技术打印镂空支架结构结合磁控溅射镀金，制备具有良好的细胞兼容性和高径向强度的复合血管支架。该支架结构的直径3.5mm，长度9.4mm，支柱厚度120μm，壁厚150-250μm。
DOI：10.1016/j.compstruct.2022.116572
案例5 仿生水凝胶支架用于肌腱再生
来自浙江大学的团队研发了一种具有平行排列基底层结构的Exos-Yap1功能化GelMA水凝胶，以增强TSPCs的粘附性，促进细胞干性，并将再生细胞引导至肌腱，用于体外和体内肌腱再生。
该团队使用摩方精密nanoArch® S130（精度：2μm）打印出平行排列的沟槽结构，整体尺寸约5*4.7mm²，结合PDMS翻模制备仿生水凝胶支架，可修复肌腱缺损、实现体外/体内肌腱再生，在临床上有巨大应用潜力。
DOI：10.1016/j.actbio.2023.02.018
尽管3D打印技术在生物医疗领域已取得显著成就，但许多技术尚处于研发和试验阶段，存在免疫反应、血管化、多组织打印、仿生结构等诸多方面的瓶颈，仍需要更广泛的临床验证和实际应用以确证其可行性与实效性。摩方精密将持续通过技术研发、材料创新、临床协作及跨学科融合等多维度的优化策略，不断推动生物医疗产业的创新与高质量发展。
