中科院上海硅酸盐研究所吴成铁：致力于3D打印生物活性材料

导读：在中国科学院上海硅酸盐研究所，有一位专注“3D打印生物活性材料”领域的研究员吴成铁，他的科研路便是围绕沿着“3D打印”“生物”“材料”这三个方向逐一行进，而后交叉汇聚。

作为新型的快速成型的制造技术，3D打印技术与传统的成型技术相比有着本质差别，在个性化定制、精准化医疗等方面，都体现出传统医疗不可比拟的优势。这源自于各个学科领域的整体发展，近些年在医疗领域大量新技术得以诞生。在中国科学院上海硅酸盐研究所，有一位专注“3D打印生物活性材料”领域的研究员吴成铁，他的科研路便是围绕沿着“3D打印”“生物”“材料”这三个方向逐一行进，而后交叉汇聚。

△吴成铁，研究员、博士生导师，现任中国科学院上海硅酸盐研究所副所长。(图片来源：上海硅酸盐研究所)

教育经历：

2003-2006，中科院上海硅酸盐研究所 生物材料学专业，博士
2000-2003, 大连工业大学 材料科学与工程系材料学专业，硕士
1996-2000, 大连工业大学 材料科学与工程系材料学专业, 学士

工作经历：

2006-2007，澳大利亚悉尼大学，生物材料，博士后
2007-2009，澳大利亚悉尼大学，生物材料，Vice-chancellor Research Fellow
2009-2011, 澳大利亚昆士兰科技大学，生物材料，Vice-chancellor Research Fellow
2010-2011, 德国德累斯顿工业大学, 生物材料，洪堡学者
2011-2012，中科学院上海硅酸盐所，副研究员
2012-至今，中科学院上海硅酸盐所，高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室，研究员   

曾获得奖励、荣誉称号：

先后获得中组部万人计划领军、科技部中青年领军、国家高层次人才（青年类）、德国洪堡学者、上海优秀学科带头人、中国生物材料学会优秀青年科学家奖，英国皇家化学会JMC- Lectureship奖，中国硅酸盐学会青年科技奖，中国生物材料学会科技一等奖（位第二）、中国侨联先进个人奖、上海市青年五四奖章 、上海市浦江人才、澳大利亚研究司APDI博士后奖学金、澳大利亚昆士兰科技大学校长博士后fellowship、澳大利亚悉尼大学校长博士后fellowship等。

学术成就：

主持承担科技部十二五863计划、十三五重点研发计划、基金委重点与中科院创新交叉团队、中科院青年拔尖人才等项目。目前任学术期刊“Applied Materials Today” 副主编，“Microstructure” 副主编，“无机材料学报”副主编，Acta Biomaterilia 编委等。主编CRC英文专著一部，并参与撰写9本英文专著的章节。在Advanced Materials，Mater Today，Biomaterials，ACS Nano，Nano Letter, Adv Funct Mater，Adv Science, Chem Mater 等核心期刊发表SCI论文220余篇, 被引用14000多次（Web of Sciences检索），h指数71，并连续6年入选Elsevier评选2015~2020中国高被引用学者，共申请专利41项，获18项中国专利及2项美国专利授权，其中12项专利技术已获公司转让。

科研工作：

主要从事3D打印生物活性材料用于组织修复的研究。

（1）通过湿化学方法制备了新型的硅酸盐体系生物活性陶瓷，并探索了其在骨组织工程、牙周组织工程及人工关节涂层方面的应用。首次制备了Ca-Si-Mg, Ca-Si-Zn,Ca-Si-P以及Ca-Si-Ti等体系的硅酸盐生物活性陶瓷，并研究其理化性能、骨/牙细胞相互作用关系以及体内成骨、成牙生物学效应等。这些研究初步建立了用于骨、牙周组织工程及人工关节涂层的新的硅酸盐生物陶瓷体系，其中两项专利技术已经转让于公司有望实现产业化。

△新型的硅酸盐陶瓷促进了干细胞成骨、成牙分化

（2） 研究了多功能有序介孔生物活性玻璃在骨、软骨及牙周组织工程及药物传输的应用。系统研究了不同治疗离子与药物传输的系统作用，并应用于骨、软骨及牙周组织工程，实现了多功能化。这些研究为探索新型多功能纳米支架材料在再生医学及抗肿瘤应用奠定了基础。

△典型的介孔生物活性玻璃支架具有大孔(a)和有序介孔(b)结构

（3）利用三维打印技术制备具有高强度、高度有序性、孔分布及孔结构高度可控的生物玻璃及陶瓷支架材料，并应用于药物传输及骨组织工程。 这种新方法解决了骨组织工程无机可降解支架制备的普遍性问题（高脆性，低强度，低加工性及需要二次烧结）。   　

△利用三维打印技术制备具有高强度、高度有序性、孔分布及孔结构高度可控的生物玻璃支架材料。

（4）探索了生物材料的免疫调节成骨及其相关机制 。通过研究生物活性陶瓷的免疫调节作用及其对成骨的影响，为建立骨修复与植入材料的生物活性评价提供了新方法和新思路 。

△生物陶瓷通过调节免疫细胞而调节骨髓基质细胞的成骨分化

行业选择：

1996年时，吴成铁顺利考上了大连工业大学，学的是无机非金属材料专业，自此，他与“材料”二字结缘。在该校继续读研究生时，当时导师跟大连医科大学有个合作项目，叫生物芯片，就是材料跟生物结合的一个领域，导师给他选了这个方向，影响了他后来的路。硕士毕业后，他就到如今工作的中国科学院上海硅酸盐研究所进一步深造，攻读生物材料的博士。在这里，吴成铁将生物与材料结合。

2006年初，他博士毕业后，先后去澳大利亚悉尼大学、昆士兰科技大学及德国德累斯顿工业大学从事了6年研究工作，期间与3D打印“相遇”。如此，他研究领域的三要素皆具备。

“我现在做的是3D打印、材料、生物这三个方面交叉的一个领域。”吴成铁说。

在他看来，交叉学科比单个学科的研究要难，但很多学科发展在单一方向都走到瓶颈，只有通过交叉才能推动科学的发展。

吴成铁说，自己这些年在生物、材料、3D打印这三个领域的方方面面都了解不少，慢慢积累后，看好发展前景，于是果断选择了这个交叉领域。

“数字化制造是中国的重要发展方向，也是卡脖子的行业，关系到人类健康，国家也很重视，在全球也是研究热点。”他指出，中国进入老龄化社会，临床需求非常巨大，“中国的骨科行业市场非常大，我们直接做的材料就是面向骨科、口腔科和皮肤科的临床应用。”

据介绍，吴成铁团队做的一些生物活性陶瓷，能激活人体的干细胞，长成骨、长成牙或者长血管。通俗来说，他们就是把没有生命的陶瓷材料变成有生命的骨头、器官或者组织。

参考阅读：

• DT新材料：3D打印技术在医疗领域最新进展
• 中国新闻网：青年科学家吴成铁：用3D打印赋予材料“生命” 供给临床医学需求
• 中国科学院上海硅酸盐研究所
• 中国粉体网