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

導讀：在中國科學院上海硅酸鹽研究所，有一位專注“3D打印生物活性材料”領域的研究員吳成鐵，他的科研路便是圍繞沿著“3D打印”“生物”“材料”這三個方向逐一行進，而后交叉匯聚。

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

△吳成鐵，研究員、博士生導師，現任中國科學院上海硅酸鹽研究所副所長。(圖片來源：上海硅酸鹽研究所)

教育經歷：

2003-2006，中科院上海硅酸鹽研究所 生物材料學專業(yè)，博士
2000-2003, 大連工業(yè)大學 材料科學與工程系材料學專業(yè)，碩士
1996-2000, 大連工業(yè)大學 材料科學與工程系材料學專業(yè), 學士

工作經歷：

2006-2007，澳大利亞悉尼大學，生物材料，博士后
2007-2009，澳大利亞悉尼大學，生物材料，Vice-chancellor Research Fellow
2009-2011, 澳大利亞昆士蘭科技大學，生物材料，Vice-chancellor Research Fellow
2010-2011, 德國德累斯頓工業(yè)大學, 生物材料，洪堡學者
2011-2012，中科學院上海硅酸鹽所，副研究員
2012-至今，中科學院上海硅酸鹽所，高性能陶瓷和超微結構國家重點實驗室，研究員   

曾獲得獎勵、榮譽稱號：

先后獲得中組部萬人計劃領軍、科技部中青年領軍、國家高層次人才（青年類）、德國洪堡學者、上海優(yōu)秀學科帶頭人、中國生物材料學會優(yōu)秀青年科學家獎，英國皇家化學會JMC- Lectureship獎，中國硅酸鹽學會青年科技獎，中國生物材料學會科技一等獎（位第二）、中國僑聯先進個人獎、上海市青年五四獎章 、上海市浦江人才、澳大利亞研究司APDI博士后獎學金、澳大利亞昆士蘭科技大學校長博士后fellowship、澳大利亞悉尼大學校長博士后fellowship等。

學術成就：

主持承擔科技部十二五863計劃、十三五重點研發(fā)計劃、基金委重點與中科院創(chuàng)新交叉團隊、中科院青年拔尖人才等項目。目前任學術期刊“Applied Materials Today” 副主編，“Microstructure” 副主編，“無機材料學報”副主編，Acta Biomaterilia 編委等。主編CRC英文專著一部，并參與撰寫9本英文專著的章節(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71，并連續(xù)6年入選Elsevier評選2015~2020中國高被引用學者，共申請專利41項，獲18項中國專利及2項美國專利授權，其中12項專利技術已獲公司轉讓。

科研工作：

主要從事3D打印生物活性材料用于組織修復的研究。

（1）通過濕化學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節(jié)涂層方面的應用。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/牙細胞相互作用關系以及體內成骨、成牙生物學效應等。這些研究初步建立了用于骨、牙周組織工程及人工關節(jié)涂層的新的硅酸鹽生物陶瓷體系，其中兩項專利技術已經轉讓于公司有望實現產業(yè)化。

△新型的硅酸鹽陶瓷促進了干細胞成骨、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的應用。系統(tǒng)研究了不同治療離子與藥物傳輸的系統(tǒng)作用，并應用于骨、軟骨及牙周組織工程，實現了多功能化。這些研究為探索新型多功能納米支架材料在再生醫(yī)學及抗腫瘤應用奠定了基礎。

△典型的介孔生物活性玻璃支架具有大孔(a)和有序介孔(b)結構

（3）利用三維打印技術制備具有高強度、高度有序性、孔分布及孔結構高度可控的生物玻璃及陶瓷支架材料，并應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機可降解支架制備的普遍性問題（高脆性，低強度，低加工性及需要二次燒結）。   　

△利用三維打印技術制備具有高強度、高度有序性、孔分布及孔結構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節(jié)成骨及其相關機制 。通過研究生物活性陶瓷的免疫調節(jié)作用及其對成骨的影響，為建立骨修復與植入材料的生物活性評價提供了新方法和新思路 。

△生物陶瓷通過調節(jié)免疫細胞而調節(jié)骨髓基質細胞的成骨分化

行業(yè)選擇：

1996年時，吳成鐵順利考上了大連工業(yè)大學，學的是無機非金屬材料專業(yè)，自此，他與“材料”二字結緣。在該校繼續(xù)讀研究生時，當時導師跟大連醫(yī)科大學有個合作項目，叫生物芯片，就是材料跟生物結合的一個領域，導師給他選了這個方向，影響了他后來的路。碩士畢業(yè)后，他就到如今工作的中國科學院上海硅酸鹽研究所進一步深造，攻讀生物材料的博士。在這里，吳成鐵將生物與材料結合。

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

“我現在做的是3D打印、材料、生物這三個方面交叉的一個領域�！眳浅设F說。

在他看來，交叉學科比單個學科的研究要難，但很多學科發(fā)展在單一方向都走到瓶頸，只有通過交叉才能推動科學的發(fā)展。

吳成鐵說，自己這些年在生物、材料、3D打印這三個領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交叉領域。

“數字化制造是中國的重要發(fā)展方向，也是卡脖子的行業(yè)，關系到人類健康，國家也很重視，在全球也是研究熱點�！彼�指出，中國進入老齡化社會，臨床需求非常巨大，“中國的骨科行業(yè)市場非常大，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用�！�

據介紹，吳成鐵團隊做的一些生物活性陶瓷，能激活人體的干細胞，長成骨、長成牙或者長血管。通俗來說，他們就是把沒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打印技術在醫(yī)療領域最新進展
• 中國新聞網：青年科學家吳成鐵：用3D打印賦予材料“生命” 供給臨床醫(yī)學需求
• 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 中國粉體網