基于仿生设计与物理抗菌机制的三维多孔骨修复材料研发及临床转化

基于仿生设计与物理抗菌机制的三维多孔骨修复材料研发及临床转化202X年广东省科技厅医工联合专项结题答辩项目类型：重点项目项目号：XXXXXXX项目负责人：

项目牵头单位：大学

项目参与单位：厦门大学研究院科技有限公司先进电子有限公司

202X.12.26CONTENT项目简介01经费预算04项目目标及考核完成情况02研究总结05项目成果展示03目

录01

项目简介我国骨科缺损患者超300万例/年，广东省骨科耗材市场规模达80亿元/年，材料进口依赖度超70%存在感染率高（文献数据：15-20%）、抗生素耐药性、骨整合效率低三大痛点高端骨修复材料进口依赖度高达75%，亟需突破“抗菌-成骨”协同调控技术，涉及一款生物相容性、物理抗菌性、耐药性规避的三维多孔骨修复材料需求研究现状首创"物理抗菌+仿生结构"双机制

纳米氧化锌/银复合结构（SEM电镜图展示）实现72小时抗菌率>99.9%（ASTME2189标准）突破性工艺

冷冻干燥-等离子体协同成型技术临床需求痛点不具备抗菌性感染风险高耐药性隐患骨整合效率低无法满足各类骨缺损类型和大小困难与挑战技术突破骨缺损材料需求传统骨修复材料01

项目简介我国骨科缺损患者超300万例/年，广东省骨科耗材市场规模达80亿元/年，材料进口依赖度超70%存在感染率高（文献数据：15-20%）、抗生素耐药性、骨整合效率低三大痛点项目组前期研究工作总结新型抗菌骨材料体系构建三维多孔仿生结构优化生物安全与临床转化研究交叉学科平台建设3+202X-202X202X-202X202X-202X010203医工研协同创新网络重大课题承担10+物理抗菌机制：表面纳米刺突破坏细菌膜结构生物被膜抑制：材料表面能调控抑制细菌粘附骨诱导活性：Sr/Mg离子缓释促进成骨细胞分化01

项目简介课题1开发纳米氧化锌/银复合抗菌体系（粒径50-100nm）构建50-500μm梯度孔隙仿生结构（孔隙率≥85%）创新冷冻干燥-等离子体协同成型工艺基于DNN的多级孔结构材料设计与制备承担单位：厦门大学课题2基于ADF的抗菌-成骨协同机制研究承担单位：联合研究院课题3临床转化系统开发承担单位：大学建立材料性能

智能预测系统开发个性化3D打印解决方案完成ISO10993生物相容性全项检测智能材料临床转化

系统开发01

项目简介课题1基于XXXX技术，开发纳米氧化锌/银复合抗菌体系（粒径50-100nm），构建50-500μm梯度孔隙仿生结构（孔隙率≥85%），创新冷冻干燥-等离子体协同成型工艺重建XXX与XXX根钉网格划分|韧带建立XXX设置有效性验证（三）基于XDD模型建立XXX固定（实验）1.11.4应力数据模型合并验证方式模型组合分类所有的模型类型不同XX方式不同XX阶段XXX固定（仿真）XXX撑开（仿真）1.21.3活动度应力及云图反力矩撑开力XX角位移力矩载荷角度移荷载撑开5-25mm单双XXX不同固定节段不同XX阶段XXX治疗ABC的XXXX问题标本获取|制备|固定XXXX标本刚度力矩-活动度“固定”的XXXX问题验证多源数据01

项目简介课题2基于ADF的三维多孔结构设计，通过纳米拓扑表面机械破坏细菌膜实现物理抗菌，同步缓释Sr/Mg活性离子激活成骨通路，结合模板动力学模拟、体外细胞实验及动物模型验证双功能协同机制输入主题输入内容输入

内容输入主题XX

+XXXXXXXXXXXXXXXX……亚型…分级0123801238A-XXB-XXC-XXA-XX（输入内容）B-XXC-XX……输入主题输入主题XX输入内容输入主题这里输入具体的产出内容这里输入具体的产出结果这里输入具体的产出结果这里输入具体的产出结果这里输入具体的产出结果主题输入内容输入内容01

项目简介课题3开发集成机器学习算法的材料性能智能预测系统，结合CT数据驱动的个性化3D打印技术及ISO10993生物相容性全项检测体系，构建从实验室研发到临床植入的精准转化通路Step1Step3Step2输入内容输入内容输入内容输入内容输入内容输入内容输入内容输入内容输入内容物相组成；形貌结构输入内容分布；输入内容输入输入内容分布；输入内容输入内容输入内容输入内容输入内容分布；输入内容输入内容影响；输入内容制备工艺pH；水热参数水固比；离子含量输入内容输入内容输入内容输入内容研究主题1研究主题3研究主题8输入内容研究主题2序号合同书目标要求实际完成情况发表论文发表核心期刊论文8篇发表核心期刊论文11篇，其中1篇在投(超额完成)申请专利申请专利2件申请专利3件(超额完成)科技成果产出新工艺1项、新材料1种、获科技奖1项产出新工艺1项、新材料2种、获科技奖1项(完成)指南标准发布医疗器械使用标准1项发布医疗器械使用标准1项，发表公式1篇(超额完成)培养人才培养高层次人才6人、培养科技人员8人培养高层次人才6人、培养科技人员8人(完成)已完成全部项目考核目标02项目目标及考核完成情况03项目成果展示课题1基于DNN的多级孔结构材料设计与制备基于XXXX技术，开发纳米氧化锌/银复合抗菌体系（粒径50-100nm），构建50-500μm梯度孔隙仿生结构（孔隙率≥85%），创新冷冻干燥-等离子体协同成型工艺开发基于深度神经网络的多尺度关联模型，实现50-800μm梯度孔隙结构参数与抗压强度、预测误差≤3.5%，较传统FEM方法效率提升20倍构建DNN-遗传算法耦合系统，通过17项工艺参数（冷冻速率/温度梯度等）智能反演，实现目标孔隙结构的一次成型率从68%提升至92%，同步优化能耗与良品率基于对抗菌剂分布与成骨因子释放动力学的深度学习模拟，建立孔结构-功能剂空间匹配规则，大动物实验显示8周骨整合速度超进口产品80%多级孔结构模型工艺参数逆向优化抗菌-成骨功能协同03项目成果展示课题2基于ADF的抗菌-成骨协同机制研究基于ADF的三维多孔结构设计，通过纳米拓扑表面机械破坏细菌膜实现物理抗菌，同步缓释Sr/Mg活性离子激活成骨通路，结合模板动力学模拟、体外细胞实验及动物模型验证双功能协同机制ADF纳米拓扑抗菌机制通过ADF定向组装形成纳米级表面拓扑结构（刺突高度50-80nm），直接机械破坏细菌细胞膜（SEM观察证实），对MRSA等耐药菌抑菌率达99.97%，且30代传代实验未诱发耐药性（ASTME2189验证）离子梯度激活成骨通路基于ADF多孔结构负载Sr/Mg活性离子，实现18天缓释调控（ICP-MS检测），显著激活BMP-2/Runx2通路（Westernblot验证），大动物模型中8周新生骨体积占比达78.3%（Micro-CT定量）03项目成果展示课题3临床转化系统开发开发集成机器学习算法的材料性能智能预测系统，结合CT数据驱动的个性化3D打印技术及ISO10993生物相容性全项检测体系，构建从实验室研发到临床植入的精准转化通路01关键成果：AI预测误差≤5%，研发周期缩短60%02关键成果：CT适配度达98%，植入体设计耗时缩短70%

03关键成果：通过ISO10993全项认证，转化合规性100%材料性能智能预测系统开发基于机器学习的材料性能预测模型，集成12项关键参数（孔隙率/抗菌剂浓度等），实现力学性能与生物活性精准预测，指导配方优化迭代效率提升3倍个性化3D打印方案建立CT数据驱动的自动建模算法，实现骨缺损区域三维重建与多孔结构智能匹配，临床验证显示解剖适配误差<0.3mm（优于临床需求标准）全链条生物安全体系完成细胞毒性/致敏性/遗传毒性等16项检测，建成从原料到成品的全流程质控标准，支撑Ⅱ类医疗器械注册证申报（已进入型式检验阶段）03项目成果展示授权发明专利×603项目成果展示唐峰大学获得的奖项与荣誉×8《国家科学技术进步奖》202X《广东省科技进步奖（一等奖）》202X《华夏医学科技奖（临床转化类）》202X03项目成果展示发表文章×1104经费预算经费到账及支出情况（万元）项目到账总经费财政经费300万单位自筹经费100万项目支出总经费财政经费290万单位自筹经费98万项目结余总经费12万元占比8%总经费预算04经费预算经费预算详情科目总预算数（万元）实际支出数（万元）备注总预算数其中:财政经费总决算数其中:财政经费二、支出合计80.00

8.00

36.068.80结余3.98（一）直接费用36.008.0038.068.00结余1.981.人员费

（1）项目负责人

（2）主要研究人员

2.设备费1.501.50

（1）购置费

（2）试制费

3.租赁费

1.50

（1）租用仪器、设备费用

（2）租用场地、试验基地费用

8.材料费5.00

8.72

结余0.28（1）原材料

（2）辅助材料

05研究总结01这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入；这里输入正文内容这里输入正文内容；02这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入；这里输入正文内容这里输入正文内容；03这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入；这里输入正文内容这里输入正文内容；研究结论关键问题一研究趋势一这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；关键问题二研究趋势二这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；这里输入正文内容这里输入正文内容；关键问题三研究趋势三这里输入正文内容