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3D打印引领医疗器械未来发展

目前,3D打印技术已经广泛应用于航空航天、汽车、电子等很多领域,被认为是可以“引发全球制造业巨大变革”的重要技术。在医疗器械领域,3D打印也备受关注,已成为业界科研的重点。业内普遍认为,3D打印技术在医疗领域的应用,将引发医疗器械行业的技术革命,引领医疗器械市场潮流。


市场前景无量


去年9月,创生医疗器械(中国)有限公司3D打印研发中心正式成立。该中心引进了目前世界上最先进、在我国骨科领域唯一使用的材料是金属粉末而非常见的塑料聚合物的3D打印机,并将把3D打印的高端骨骼假体产品首次引入国内市场。此次创生公司在同时引进打印机和吸收史赛克公司先进3D打印技术的基础上,建立起一个世界级的3D打印技术研发团队,根据中国市场进行本土化改造,自主研发了新一代骨骼多孔结构以及中国唯一的3D骨科数字化设计平台——人体虚拟骨数据库。创生认为,3D打印技术将推进企业向更高层次发展。


近年来,像创生这样投入3D打印技术研发、制造的医疗器械企业越来越多,尤其是实力强劲的国内外知名企业,近年来始终关注并加大投入研究该技术。同时,不少医疗机构、科研单位也一直专注于该技术的研究。


是什么引发3D打印医疗器械研究热潮?“因为企业家们纷纷看到了3D打印所具有的技术优势和广阔的市场前景。”国家科技部一名工作人员说。


“谁在3D打印技术上有突破,谁在未来医疗器械市场就会拥有主导权。”该工作人员对记者说,3D打印市场需求主要分为工业打印机和桌面打印机,前者的需求对象主要在航空航天、汽车工业领域;后者在医疗领域和个人消费市场有较大吸引力。近年来医疗器械领域高度关注3D打印技术,其所具有的个性化、小批量和高精度等优势,正好迎合了医疗器械“量体裁衣,度身定做”的要求。目前,国内3D打印牙齿、骨骼修复技术已经成熟,并在许多骨科医院、口腔医院快速普及。3D打印细胞、软组织、器官等方面的技术还处在探索研发阶段。


专业机构的权威报告显示,过去3年3D打印市场的年平均增长率为27.4%,预计2019年3D打印市场规模将达到60亿美元。其中,在医疗方面的应用市场份额占到15.1%,预计2025年该市场可达到19亿美元。


“目前,3D打印医疗器械研发制造正在全球范围内蓬勃发展,市场前景无量。”中投顾问一位研究人员说,目前在发达国家,3D打印医疗器械在某些领域已得到广泛应用,如美国现在已有200多万人使用3D打印假肢。3D义齿、3D助听器、3D人工关节等在欧美发达国家也在不断推广应用。未来,在医疗器械研发、生产、应用方面,3D打印技术必将成为业内下大力气探索的核心技术。


据该研究人员介绍,近年来,我国医疗器械产业平均增速在20%以上。预计2015年我国医疗器械市场规模将超过3000亿元。未来10年,我国医疗器械行业仍将保持高速增长。在这样大好的发展环境下,3D打印医疗器械必将得到良好的发展,规模化、产业化进程有望缩短,甚至超越西方发达国家在该领域的技术优势也并非没有可能。


该研究人员说:“随着我国对3D打印医疗器械的重视和投入不断加大,3D打印医疗器械技术将越来越成熟,它的应用范围会越来越广,其市场前景不可估量,或将促使医疗器械市场整体格局的改变。”


引发技术革命


对于将3D打印技术运用于医疗产业,中国工程院院士、中国医师协会会长戴尅戎说:“3D打印技术是制造领域的一场革命性技术,借此可以实现个性化产品的批量生产,这恰好契合了医疗产品个性化的需求,所以,它将是颠覆性的。未来3D打印机或许可以定制出与人体原来器官一样具有生物活性的人造器官,实现个性化治疗方案,为器官功能衰竭的患者带来福音。”


“在制造细胞培养支架和植入性医疗器械产品上,3D打印技术具有一定优势。由于每位患者的身高体重、器官大小都不一样,而3D打印可以满足个性化应用,这是该技术被看好的一个方面。”国内一家生物医学公司的负责人说,3D生物打印机使用含有活体细胞的“生物墨水”打印出一层细胞组织架构,然后按照3D数字模型进行叠“喷涂”,逐渐形成立体的细胞组织架构,最终获得所需要的人工器官或组织。国外科学家采用3D生物打印机已经成功制造出能够接收无线电波的“仿生耳”等。在未来某一天,3D打印技术或将能够实现批量制造人工器官,器官捐赠匮乏的问题将会得到解决。


据了解,3D技术打印一颗牙只需10分钟,而传统的种牙技术至少需要3天;3D打印助听器可把传统的9个工序缩短到了3个步骤,即扫描、制模和打印;3D打印骨骼的患者,能在很短的时间内,就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面……可以说,3D打印正在引发医疗器械研发、制造的技术革命。


据北京大学前沿交叉学科研究院生物医用材料与组织工程中心主任奚廷斐介绍,目前3D打印在医疗器械领域的应用主要包括:体外医疗器械,如医疗模型、假肢、齿科手术模板等;个性化植入物,如颅骨修复、颈椎人工椎体及人工关节等;常规植入物,如关节柄的表面修饰、种植牙、补片等;加入细胞3D打印人体器官。


“对人的身体部位的复制是高度定制化的产品,通过3D打印,这些部件可以与身体完全契合,与身体融为一体。以骨骼为例,当人体的某块骨骼需要置换,可扫描对称的骨骼,再打印出相应的骨骼,最后通过手术植入人体内。”北京大学第三医院骨科主任、教授刘忠军说,他带领的团队,已经在脊柱及关节外科领域研发出了几十个3D打印脊柱外科植入物。与传统技术相比,3D打印的骨骼有两大优势。一个是想做什么形状的骨骼都可以;另一个是该类植入物带有可供骨头长入的孔隙,它们像海绵一样可以将周边的骨头吸引进来,使真骨与假骨之间结成牢固的一体,使患者骨骼能尽快康复。


北京市计算中心的齐轶鹏博士多年专注于3D打印技术的应用与研究。他说,3D打印技术具有设计即所得、分层堆叠、快速柔性化等特点,可以帮助设计者迅速、较低成本的完成原型设计等工作。如精密的手术器械是成功完成高水平手术的重要条件,目前,一些医疗专家已经成功通过3D打印技术,根据各自的专业、需求,定制个性化手术器械,从而能够更好地实施精湛的手术治疗。


“3D打印与现代生物医学技术结合,可以进行仿生模拟与个性化制造,特别是制造有生命的人体组织与器官,成为支撑生物材料科学与产业颠覆性变革的关键技术。”国家食品药品监管总局医疗器械注册司相关负责人说,作为一项被学术界和产业界寄予厚望的颠覆性技术,生物三维打印技术发展迅速,前景极为广阔。随着技术进一步的发展,未来将具备更好的生物相容性和生物可降解性。今后,在我国良好的医疗器械产业发展环境下及国家政策支持和指引下,这项潜力巨大的技术有望引领生物医学领域的技术革命。

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