中科院上海硅酸鹽研究所吳成鐵：致力于3D打印生物活性材料

導(dǎo)讀：在中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，有一位專(zhuān)注“3D打印生物活性材料”領(lǐng)域的研究員吳成鐵，他的科研路便是圍繞沿著“3D打印”“生物”“材料”這三個(gè)方向逐一行進(jìn)，而后交叉匯聚。

作為新型的快速成型的制造技術(shù)，3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)的成型技術(shù)相比有著本質(zhì)差別，在個(gè)性化定制、精準(zhǔn)化醫(yī)療等方面，都體現(xiàn)出傳統(tǒng)醫(yī)療不可比擬的優(yōu)勢(shì)。這源自于各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的整體發(fā)展，近些年在醫(yī)療領(lǐng)域大量新技術(shù)得以誕生。在中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，有一位專(zhuān)注“3D打印生物活性材料”領(lǐng)域的研究員吳成鐵，他的科研路便是圍繞沿著“3D打印”“生物”“材料”這三個(gè)方向逐一行進(jìn)，而后交叉匯聚。

△吳成鐵，研究員、博士生導(dǎo)師，現(xiàn)任中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所副所長(zhǎng)。(圖片來(lái)源：上海硅酸鹽研究所)

教育經(jīng)歷：

2003-2006，中科院上海硅酸鹽研究所 生物材料學(xué)專(zhuān)業(yè)，博士
2000-2003, 大連工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程系材料學(xué)專(zhuān)業(yè)，碩士
1996-2000, 大連工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程系材料學(xué)專(zhuān)業(yè), 學(xué)士

工作經(jīng)歷：

2006-2007，澳大利亞悉尼大學(xué)，生物材料，博士后
2007-2009，澳大利亞悉尼大學(xué)，生物材料，Vice-chancellor Research Fellow
2009-2011, 澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)，生物材料，Vice-chancellor Research Fellow
2010-2011, 德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué), 生物材料，洪堡學(xué)者
2011-2012，中科學(xué)院上海硅酸鹽所，副研究員
2012-至今，中科學(xué)院上海硅酸鹽所，高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究員   

曾獲得獎(jiǎng)勵(lì)、榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)：

先后獲得中組部萬(wàn)人計(jì)劃領(lǐng)軍、科技部中青年領(lǐng)軍、國(guó)家高層次人才（青年類(lèi)）、德國(guó)洪堡學(xué)者、上海優(yōu)秀學(xué)科帶頭人、中國(guó)生物材料學(xué)會(huì)優(yōu)秀青年科學(xué)家獎(jiǎng)，英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)JMC- Lectureship獎(jiǎng)，中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)青年科技獎(jiǎng)，中國(guó)生物材料學(xué)會(huì)科技一等獎(jiǎng)（位第二）、中國(guó)僑聯(lián)先進(jìn)個(gè)人獎(jiǎng)、上海市青年五四獎(jiǎng)?wù)?、上海市浦江人才、澳大利亞研究司APDI博士后獎(jiǎng)學(xué)金、澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)校長(zhǎng)博士后fellowship、澳大利亞悉尼大學(xué)校長(zhǎng)博士后fellowship等。

學(xué)術(shù)成就：

主持承擔(dān)科技部十二五863計(jì)劃、十三五重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、基金委重點(diǎn)與中科院創(chuàng)新交叉團(tuán)隊(duì)、中科院青年拔尖人才等項(xiàng)目。目前任學(xué)術(shù)期刊“Applied Materials Today” 副主編，“Microstructure” 副主編，“無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)”副主編，Acta Biomaterilia 編委等。主編CRC英文專(zhuān)著一部，并參與撰寫(xiě)9本英文專(zhuān)著的章節(jié)。在Advanced Materials，Mater Today，Biomaterials，ACS Nano，Nano Letter, Adv Funct Mater，Adv Science, Chem Mater 等核心期刊發(fā)表SCI論文220余篇, 被引用14000多次（Web of Sciences檢索），h指數(shù)71，并連續(xù)6年入選Elsevier評(píng)選2015~2020中國(guó)高被引用學(xué)者，共申請(qǐng)專(zhuān)利41項(xiàng)，獲18項(xiàng)中國(guó)專(zhuān)利及2項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利授權(quán)，其中12項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)已獲公司轉(zhuǎn)讓。

科研工作：

主要從事3D打印生物活性材料用于組織修復(fù)的研究。

（1）通過(guò)濕化學(xué)方法制備了新型的硅酸鹽體系生物活性陶瓷，并探索了其在骨組織工程、牙周組織工程及人工關(guān)節(jié)涂層方面的應(yīng)用。首次制備了Ca-Si-Mg, Ca-Si-Zn,Ca-Si-P以及Ca-Si-Ti等體系的硅酸鹽生物活性陶瓷，并研究其理化性能、骨/牙細(xì)胞相互作用關(guān)系以及體內(nèi)成骨、成牙生物學(xué)效應(yīng)等。這些研究初步建立了用于骨、牙周組織工程及人工關(guān)節(jié)涂層的新的硅酸鹽生物陶瓷體系，其中兩項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)讓于公司有望實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

△新型的硅酸鹽陶瓷促進(jìn)了干細(xì)胞成骨、成牙分化

（2） 研究了多功能有序介孔生物活性玻璃在骨、軟骨及牙周組織工程及藥物傳輸?shù)膽?yīng)用。系統(tǒng)研究了不同治療離子與藥物傳輸?shù)南到y(tǒng)作用，并應(yīng)用于骨、軟骨及牙周組織工程，實(shí)現(xiàn)了多功能化。這些研究為探索新型多功能納米支架材料在再生醫(yī)學(xué)及抗腫瘤應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

△典型的介孔生物活性玻璃支架具有大孔(a)和有序介孔(b)結(jié)構(gòu)

（3）利用三維打印技術(shù)制備具有高強(qiáng)度、高度有序性、孔分布及孔結(jié)構(gòu)高度可控的生物玻璃及陶瓷支架材料，并應(yīng)用于藥物傳輸及骨組織工程。 這種新方法解決了骨組織工程無(wú)機(jī)可降解支架制備的普遍性問(wèn)題（高脆性，低強(qiáng)度，低加工性及需要二次燒結(jié)）。   　

△利用三維打印技術(shù)制備具有高強(qiáng)度、高度有序性、孔分布及孔結(jié)構(gòu)高度可控的生物玻璃支架材料。

（4）探索了生物材料的免疫調(diào)節(jié)成骨及其相關(guān)機(jī)制 。通過(guò)研究生物活性陶瓷的免疫調(diào)節(jié)作用及其對(duì)成骨的影響，為建立骨修復(fù)與植入材料的生物活性評(píng)價(jià)提供了新方法和新思路 。

△生物陶瓷通過(guò)調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞而調(diào)節(jié)骨髓基質(zhì)細(xì)胞的成骨分化

行業(yè)選擇：

1996年時(shí)，吳成鐵順利考上了大連工業(yè)大學(xué)，學(xué)的是無(wú)機(jī)非金屬材料專(zhuān)業(yè)，自此，他與“材料”二字結(jié)緣。在該校繼續(xù)讀研究生時(shí)，當(dāng)時(shí)導(dǎo)師跟大連醫(yī)科大學(xué)有個(gè)合作項(xiàng)目，叫生物芯片，就是材料跟生物結(jié)合的一個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)師給他選了這個(gè)方向，影響了他后來(lái)的路。碩士畢業(yè)后，他就到如今工作的中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所進(jìn)一步深造，攻讀生物材料的博士。在這里，吳成鐵將生物與材料結(jié)合。

2006年初，他博士畢業(yè)后，先后去澳大利亞悉尼大學(xué)、昆士蘭科技大學(xué)及德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)從事了6年研究工作，期間與3D打印“相遇”。如此，他研究領(lǐng)域的三要素皆具備。

“我現(xiàn)在做的是3D打印、材料、生物這三個(gè)方面交叉的一個(gè)領(lǐng)域�！眳浅设F說(shuō)。

在他看來(lái)，交叉學(xué)科比單個(gè)學(xué)科的研究要難，但很多學(xué)科發(fā)展在單一方向都走到瓶頸，只有通過(guò)交叉才能推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展。

吳成鐵說(shuō)，自己這些年在生物、材料、3D打印這三個(gè)領(lǐng)域的方方面面都了解不少，慢慢積累后，看好發(fā)展前景，于是果斷選擇了這個(gè)交叉領(lǐng)域。

“數(shù)字化制造是中國(guó)的重要發(fā)展方向，也是卡脖子的行業(yè)，關(guān)系到人類(lèi)健康，國(guó)家也很重視，在全球也是研究熱點(diǎn)�！彼�指出，中國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，臨床需求非常巨大，“中國(guó)的骨科行業(yè)市場(chǎng)非常大，我們直接做的材料就是面向骨科、口腔科和皮膚科的臨床應(yīng)用�！�

據(jù)介紹，吳成鐵團(tuán)隊(duì)做的一些生物活性陶瓷，能激活人體的干細(xì)胞，長(zhǎng)成骨、長(zhǎng)成牙或者長(zhǎng)血管。通俗來(lái)說(shuō)，他們就是把沒(méi)有生命的陶瓷材料變成有生命的骨頭、器官或者組織。

參考閱讀：

• DT新材料：3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域最新進(jìn)展
• 中國(guó)新聞網(wǎng)：青年科學(xué)家吳成鐵：用3D打印賦予材料“生命” 供給臨床醫(yī)學(xué)需求
• 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所
• 中國(guó)粉體網(wǎng)