3D打印骨科填料 度身訂製新生骨骼 加快治癒療程

3D 打印技術的應用日趨廣泛,由傳統的製模功能,逐步發展至近年的航太科技、建築、汽車、商業產品、消費性電子產品、教育、牙科,以及醫療等,其中骨科治療可說是嶄新的應用。

打印新骨骼 植入傷患處

生產力局汽車及電子部首席顧問蘇文傑表示,生產力局近期成功開發「3D骨科填料打印系統」,利用「熱融擠壓成形」(Fused Deposition Modeling/FDM) 3D打印技術,將聚己內酯(Polycaprolactone/PCL)及羥磷灰石(Hydroxyaptite/HA)混合而成的生物兼容材料加熱,呈絲狀打印出來,一層層堆疊成所需的形狀,再植入人體患處,除可提供支撐作用外,亦有助患處的骨細胞增生,使材料填補的裂縫得以逐漸被新生的骨骼所取代。醫護人員可因應病者不同需要,改變兩種生物兼容材料的比例,使打印出來的骨料更能配合療程要求,切合患者的需要。

顧問方文傑表示,人類的骨骼富有彈性及可塑性,但隨著年齡的增長,骨質密度下降,容易造成骨折;另一方面,在交通意外、高處墮下、劇烈運動碰撞,或是長者跌倒等情況下有可能造成「粉碎性骨折」,即骨折處已碎成三塊或以上。

方文傑表示,生產力局現正申請「創新及科技基金」的資助,以及邀請有興趣的廠商參與投資。方文傑表示,生產力局現正申請「創新及科技基金」的資助,以及邀請有興趣的廠商參與投資。

金屬植入物礙骨骼生長

「粉碎性骨折」一般需要通過手術處理,醫生透過電腦掃描或X光取得骨折患處的立體圖像,使用鋼板及螺釘等把碎骨固定,但其不鏽鋼或鈦金屬物料不能被降解或被人體吸收。另一方面,基於人體骨骼與金屬物料的機械性能的差別,以及骨細胞對承重力的生物活性等多項不穩定因素,植入金屬物料一段時間後,其物料與骨骼之間連接面的摩擦力相應下降,大大阻礙了骨骼生長。

靈活調校混合物比例

以往市場上的3D 打印技術大多數是利用塑膠物料,其次是樹脂、金屬等,絕少使用HA和PCL。適逢「熱融擠壓成形」3D 打印技術的專利在數年前屆滿,生產力局遂自行研發及組裝利用HA 和PCL 作為物料的「3D骨科填料打印系統」,可因應人體不同部位的骨骼密度需要,調校HA 和PCL 的混合比例及整體植入物的密度,以打印適用於不同骨折位置的植入物。

PCL-HA生物材料與人體兼容

「3D骨科填料打印系統」可利用電腦斷層掃描(CT scanning)取得病人骨折處的3D圖像,然後進行修改及篩選,並把立體圖像切片,最後利用3D打印系統打印實物。打印的骨塊主要適用於硬骨,而所採用的生物材料PCL-HA已經證實可與人體兼容,當中的HA會被人體吸收,而PCL則會逐漸被排出體外,骨料植入後亦不需要進行另一次手術更換或移除。此外,因應損傷部位的大小、骨塊的表面積及厚度,骨塊被吸收或排出所需要的時間亦有所不同。

系統獲內地專利

蘇文傑表示,「3D 骨科填料打印系統」已於今年初獲內地有關部門批出專利,並將向美國、歐盟和日本等其他主要市場申請專利,並將產品推廣至當地市場;下一步是尋求與本地大學的醫學院及獸醫診所合作,展開臨床測試的工作。他估計,動物的臨床測試需時約九個月,人體臨床測試因需要較長的監察期,測試工作需約三年;期望在完成臨床測試,確保符合相關安全及有效性要求後,可取得多個國家驗證,儘快把產品技術商品化。

方文傑表示,生產力局現正申請「創新及科技基金」的資助,以及邀請有興趣的廠商參與投資,如優化物料混合比例系統,而項目的技術成果,將會授權有關廠商使用,以完成商品化的工作。港商在研發計劃的投資,可以申請「投資研發現金回贈計劃」的資助,可獲四成研發經費回贈。

3D 打印骨料過程

3D 骨科填料打印系統優點

  • 以3D 打印技術製造植入物可因骨折的特性而打印患處所需的形狀及大小
  • HA和PCL兩種物料可被人體吸收和排出,被新生的骨質取代
  • 因應不同的骨折及患處需要,調校HA 和PCL 的比例,以打印出不同密度的植入物

系統可調校HA 和PCL 的混合比例,以打印適用於不同骨折位置的植入物。系統可調校HA 和PCL 的混合比例,以打印適用於不同骨折位置的植入物。

「3D骨科填料打印系統」,將PCL及HA混合生物材料加熱,呈絲狀打印出來,一層層堆疊成骨塊狀。「3D骨科填料打印系統」,將PCL及HA混合生物材料加熱,呈絲狀打印出來,一層層堆疊成骨塊狀。

查詢使用授權及技術轉移

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