:::

科技專案成果

行動不卡關 重拾新「膝」望
發佈日期:2022-11-08
單位:財團法人工業技術研究院
案例年度:2021
簡介:
工研院在經濟部技術處科技專案支持下,2009年投入研究,開發全球唯一引導軟硬組織融合修復的新世代醫材,一舉榮獲2021年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)與2022年美國愛迪生獎銀牌(Edison Awards)。

特色:

工研院 ▶ 研發促進組織整合仿生3D列印技術

* 技術特色 
3D列印技術開發仿生結構骨材,加速損傷後軟硬組織間的生長融合,術後1個月韌帶修復相較市售品快3倍,可縮短冗長的復原休養期。

* 產業擴散  
技術移轉可成生技,協助其自主研發椎間融合器,取得衛福部醫療器材製造許可,以及ISO 13485第二類及第三類醫療植入物QMS積層製造國際認證。

 

R&D 100

高齡化社會來臨,關節退化問題遽增,加上運動與健身風潮興起,重量訓練人口增多,伴隨的運動傷害也日益普遍,其中常見的關節韌帶斷裂,治療復健曠日費時,骨科醫材需求殷切。工研院在經濟部技術處科技專案支持下,2009年投入研究,開發全球唯一引導軟硬組織融合修復的新世代醫材,一舉榮獲2021年全球百大科技研發獎(R&D 100 Awards)與2022年美國愛迪生獎銀牌(Edison Awards)。

兼具強度與韌性 人材合而為一

「若將修復斷裂的韌帶比喻為蓋房子,骨釘、錨釘等植入骨材就像是在建構鷹架,提供足夠的支撐力。」工研院生醫所副組長蔡佩宜說明,傳統實心骨釘多為金屬或高分子材料製成,支撐力雖強,但植入人體後,僅能卡住或固定韌帶兩端,細胞只能依附在骨釘表面生長,且因爲應力遮蔽效應造成細胞貼附不佳而存有間隙,容易移位鬆脫,甚至造成發炎感染。

為突破此一技術瓶頸,工研院採用力學分析模擬人體骨骼結構,以鈦合金為骨材基底,加入孔洞設計,運用3D列印積層製造的特性,打造出有實心支撐與三維連通多孔混成的「3D仿生中空骨釘」,可促成骨質細胞依附孔隙生長,填補損傷的軟骨部位,精準整合軟硬組織,不僅強度高、延展性佳,而且能以適當的速度在人體內降解,讓植入骨材與人體組織緊密合而為一,恢復組織功能效果更好。

骨材植入人體後,必須承受走動或運動的力量,否則強度不夠,將有碎裂風險,蔡佩宜表示:「因力學強度不足,每當測試到幾十萬次,骨材即碎成粉狀,研發卡關好一陣子。」直到研發團隊經過上百次試驗、調整參數與結構設計,最終找出最佳力學結構,成功通過疲勞測試500萬次驗證,相當於植入人體後有10年安全使用期。此外,具有高支撐力,孔徑細到100~600微米,使得軟硬組織整合度更佳,經動物實驗證實,植入兩個月後,韌帶快速長入組織,即可正常跑跳,大幅縮短復原時間。
 

仿生3D列印技術可應用於不同類型植入物,例如骨釘、韌帶錨釘和椎間融合器等。

▲ 仿生3D列印技術可應用於不同類型植入物,例如骨釘、韌帶錨釘和椎間融合器等。
 

修復十字韌帶、椎間盤 應用面向多元

此項技術先針對膝關節中最重要、也是常發生於職業運動員的「十字韌帶撕裂傷」的修復進行開發,韌帶強度恢復的速度相較傳統手術快3倍,讓患者可以更快回到日常生活與職場,因研發成效佳,陸續朝向膝關節、踝關節韌帶損傷應用,並進行美國、中國大陸及歐盟等國內外專利布局。目前技術移轉可成生技,成為國內第一家投入3D列印植入醫材的業者,開發符合國際認證的創新植入式醫材系統,其中椎間融合器已取得衛生福利部醫療器材製造許可,於全臺各醫院進行人體臨床試驗,未來市場潛力大,為我國醫材發展注入新動能。

仿生結構骨釘,可用於十字韌帶重建手術之膝關節。

▲ 仿生結構骨釘,可用於十字韌帶重建手術之膝關節。
 


* 點閱數301

回上一頁 回首頁