受熱狗堡啟發！中科院上海矽酸鹽研究所用3D列印支架，幫兔子修復受損骨骼

中科院上海矽酸鹽研究所的團隊受到受歡迎的速食－熱狗激發靈感，研究出條狀麵包+肉腸相似結構的生物陶瓷材料，讓人工骨骼與骨骼修復工程的技術有了相當大的進展。

人類的身體就像台精密的生物儀器，體內的組織與器官構造不容易被仿造。隨著3D列印（積層製造）技術發展，「仿人體研究」的侷限不斷突破，以臨床醫學內科的骨骼修復工法來說，該技術攸關人工骨骼材料的革新。

本月初，有研發團隊聲稱受到風靡全球的速食啟發，打造出「熱狗般」（Hot Dog-Like）仿生材料的結構，這項成果使得人造骨頭的支架有更好的人體適應與修復效果。

在骨骼系統的疾病與創傷治療當中，修復重大骨骼的缺損一直是現代醫學的重大挑戰，植入骨骼支架是目前最常見的修復方法。3D列印技術幫助了修復工程得以運用可分解材料製作生物支架（bioscaffold），簡化了生產時間並減少人工骨頭對使用者的副作用。

不過，除了材料的考量，還得完美仿造出原生骨骼的多層結構，這些複雜的骨質結構發揮「傳送」與「儲存」營養的作用，這也是無法用硬度極高的金屬置入體內取代人骨的原因之一。

結合3D列印技術與冷凍澆注工法，實現具備對齊的層狀微結構的類熱狗骨骼支架（HD-AKT）。

Advanced Science

隸屬中國科學院的上海矽酸鹽研究所（SICCAS）受到熱狗的結構啟發，於《先進科學》雙周刊發表使用3D列印的直寫成形術（DIW）與雙向冷凍澆注法（bidirectional freezing process）打造的「類熱狗生物材料」支架。

與以往的3D列印多孔型支架（porous scaffold）不同，傳統多孔支架至多能做到大小不一的孔洞，用來幫助骨細胞生長，分布不一的孔洞卻無法形成連續孔道結構進一步幫助循環。

 SICCAS的類熱狗生物材料（簡稱H-AKT）支架，究竟跟自歐美發跡的食物「熱狗」關聯為何？

具體而言，該支架以孔徑約1毫米的中空生物材料陶瓷管作為主體（模仿熱狗的條狀麵包），嵌入直徑小於500微米（μm）的條狀生物陶瓷棒（模仿熱狗的肉腸），這些「肉腸」由直徑約30微米的微孔均勻排列而成，構築一層層的連續孔洞構造。

調整骨骼支架中類熱狗生物調料的比例（從20％到50％），獲得不同結構的熱狗樣支架，分別以HD-20AKT，HD-30AKT，HD-40AKT和HD-50AKT命名。

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類熱狗支架分層結構，有效改善骨細胞生物活性

研究指出，熱狗狀的生物陶瓷支架，微米／奈米大小的分層結構對生物材料的屬性有著很大的影響，生物的骨骼就是保有自然的分層結構，足以讓組織細胞運輸和儲存營養物質。

在SICCAS為期8週的效果測試，HD-AKT被植入實驗用兔的體內，判斷其是否能有效修補兔子缺損的股骨；結果該生物陶瓷不但沒有引起發炎反應，新形成的骨骼細胞在「熱狗支架」的層狀孔道（hierarchical rods）長成新的骨組織，證明了該支架有助骨細胞增生與分化（differentiation）。

植入類熱狗骨頭支架的兔骨有良好的生物活性，在3D顯微鏡圖像中，綠、紅和白色分別代表新骨、支架和主骨。2D圖像中新形成的骨骼（紅色）長成類熱狗支架的層狀微結構（綠色箭頭）。

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此外，如同熱狗結合麵包與肉腸提供人們能量和營養，經過測試，HD-AKT藉由模仿熱狗的實際分層結構，強化了兔骨隨細胞的藥物與蛋白質傳遞，成功改善人工骨骼支架傳遞營養物質的潛力。

SICCAS的研究表明，類熱狗生物材料，在生物組織工程、再生醫學與藥物投用領域都有良好的的應用前景。或許人們身旁不起眼的事物，都有可能成為某項創造性工作的靈感來源。

 

 

亞大3D列印醫療卓越領先，中部智慧輔具發展再創高峰!

台灣3D列印醫療大躍進，中部智慧輔具發展前景看好！中亞聯大暨醫療體系因完善的研究與醫院臨床優勢，串接中國醫藥大學與亞洲大學兩校之醫療與工程相關領域能量整合，發展自有創新3D列印醫療產品，並實際運用於產業之智慧輔具，大大提升醫療照護，並期許加速中部生醫特色聚落產業的創新動能。

2018年3月26日特舉行「中亞聯大暨醫療體系/上銀科技/長陽生醫/塑膠工業技術發展中心/台中市政府/科技部中部管理局/生醫方案執行中心之中部智慧輔具進軍新南向啟用儀式」，宣示將共同推動3D列印醫療器材及智慧輔具之合作發展！

 

面對21世紀產業升級之際，政府於去年提出以連結未來、連結國際、連結在地為主軸的「生醫產業創新推動方案」，擘劃生技醫藥創新研發新藍圖，藉以加速協助各界資源整合與合作，積極推動我國生醫產業發展，而中部發展之智慧輔具亦列入我國醫材發展重點，藉以協助產業轉型升級，朝向高附加價值醫材邁進。

 

3D列印技術由於能直接產出終端產品，加上客製化高階醫材產品之優勢，近年來在醫療產業廣泛被應用，又3D列印為智慧輔具不可或缺之基礎技術，因此亦成為各國爭相投入的新興領域與發展重點。

 

董事長蔡長海更指出，隨著全球高齡化問題持續加速，醫藥、醫療器材、及醫療照護需求更顯重要。中亞聯大打造的全國首座3D列印醫療研發中心，就是希望透過醫院醫師的臨床經驗，發揮產業與大學的各自專長，加速教學、研究與產業緊密接軌，讓台灣自行研發的醫療器材，能有效使用於病患身上，並使患者獲得妥善的照護與治療。

 

中國醫藥大學附設醫院周德陽院長也說明了本院3D列印醫療研發中心過去三年協助牙科、骨科、胸腔外科、復健輔具及神經外科的醫師利用3D列印技術，已經成功協助超過350位病人，且平均大幅縮短三分之一的手術時間，未來將朝向皮膚科、耳鼻喉科、及器官移植等各科別廣泛應用，為提升醫療品質而努力。

 

而震旦集團與中醫大合資企業，長陽生醫更於去年與比利時醫療3D設計大廠MATERIALISE簽約，引進Mimics 3D列印醫療設計解決方案，且透過與中亞聯大醫療體系技術合作，張敏男總經理有信心在三年內挑戰亞太區10億台幣的3D列印客製醫療市場營收目標，且看好中部生技產業聚落與3D列印醫材市場潛力，已著手規劃進駐中部科學園區，進而配合政府推動微創醫材與智慧輔具計畫。

 

2016年政府提出五加二產業創新計畫，作為驅動台灣下世代產業成長的核心，為經濟成長注入新動能。在整合創新聚落方面，自南港，由北至南串接生技醫藥廊帶，整合在地醫材與特色醫藥兩大聚落，其中，中部特色生技廊帶，亦將「智慧輔具」列入我國醫材發展重點。

 

國內工業機器人大廠上銀科技總經理蔡惠卿指出，上銀科技除了專注滾珠螺桿、線性滑軌及單軸機器人產品外，近年來更跨入高階醫材發展，發展自有品牌之智慧輔具產品，包括上肢訓練機、沐浴輔助機器人、內視鏡扶持機器手臂、醫療影像導航系統等，且於2015年與中國醫醫藥大學成立聯合研發中心，共同攜手提升更優質的醫療品水準。

 

經濟發展局局長呂曜志表示，2016年台市政府在行政科技會報中提議「醫療與臺中市精密機械的智慧輔具加以結合」，逐步實現到今日的發展，「生活首都、創意城市」是台中市致力打造的目標，透過中部產官學研醫各界人士及台中市政府的努力，定能加速前進生醫產業聚落的效應，帶動整個中部地區的興起，成為台灣經濟再起飛的傳動軸。

 

科技部中部管理局長陳銘煌表示，政府為提升台灣產業經濟價值、加速國內生技產業發展，中部科學園區除了精密機械、生物技術、通訊、光電及積體電路等產業，更是適合發展醫療器材產業，因為鄰近產官學研醫地理位置便利，產業所需的能量與聚落集中且齊全，具備產業發展優勢。今日透由結合中國醫藥大學附設醫院3D列印技術臨床應用及中部產業強項的智慧輔具廠商的能量，相信能創造之潛在市場商機無限。

 

根據國際調研組織Business Monitor International（BMI）統計，全球醫療市場於2020年上看5,034億美元，高齡化的社會型態將衍生對醫療器材需求的增加，其中3D列印在未來相關手術及骨科植入物產品市場，更佔有舉足輕重的地位。

 

新加坡增材製造創新中心Dr. Ho Chaw Sing主任致詞時表示，非常樂見台灣在3D列印醫材的快速發展及產學研醫的鏈結，新加坡國家積層製造中心團隊這次特別組團來中亞聯大暨醫療體系觀摩學習，藉此開啟雙方在3D列印醫療發展及微創醫材智慧輔具的合作發展。

2018年3月26日假中國醫藥大學一樓階梯會議室舉辦「中亞聯大暨醫療體系/上銀科技/長陽生醫/塑膠工業技術發展中心/台中市政府/科技部中科管理局/生醫方案執行中心之中部智慧輔具進軍新南向啟用儀式」。中市經濟發展局呂曜志局長、科技部中科管理局陳銘煌局長、生醫方案執行中心林治華行政長、中國醫藥大學暨醫療體系蔡長海董事長、中國醫藥大學李文華校長、亞洲大學蔡進發校長、中國醫藥大學附設醫院周德陽院長、上銀科技屈岳陵助理總經理、長陽生醫楊麗慧董事長、塑膠工業技術發展中心蕭耀貴總經理、Renishaw台灣區賴時正總經理、通業技研紀崇楠總經理、靚德生技莊景光總經理、鑫科材料林景扶副總經理、UL優力國際安全認證宋建宏協理、安侯建業聯合會計師事務所、揚明光學、新加坡增材製造創新中心（National Additive Manufacturing Innovation Cluster，簡稱NAMIC）、及新加坡國立大學增材製造中心等高階代表與會觀禮，共同見證台灣推動3D列印醫療的決心，及中部智慧輔具進軍新南向的重要里程碑。

 

生醫產業創新推動方案執行中心行政長林治華表示，台灣生醫產業創新推動方案範疇包含生技、製藥、醫療器材與健康福祉四項，目的是建置台灣成為亞太生技醫藥產業重鎮，從連結在地、未來，逐步到國際市場上競爭。中部特色生技聚落有295家，重點領域包含輔具和精密機械、新興生技與製藥（原料藥）等，生醫方案執行中心了解國內生技產業的快速發展，將盡力協助銜研發、製造、應用上中下游完整產業鏈，前進國際市場行銷推廣，與國際快速接軌。

 

現場更安排3D列印醫療體驗區展出，匯集醫學影像分析系統、Stratasys Objet 30 3D列印機、微創手術輔助器械、正顎手術及骨科手術等數個手術導板等，展現台灣在3D列印醫療的充沛能量，更吸引新加坡參訪團的目光與驚嘆，也成為行銷國際的絕佳機會。 中部創新聚落效應持續在擴散，相信在產官學研醫的攜手通力合作下，在地產業不僅可以生長茁壯，還能向外發展，創造更多高附加價值的智慧輔具產品，共同將台灣生技產業推向世界的舞台發光發亮！