在第二十五届北京青年学术演讲比赛决赛到来之时，为弘扬科学家精神，彰显科技界担当，让更多感人的故事、励志的青年走向台前，为青年人才开展跨学科交流、展现前沿科技成果、弘扬科学家精神搭建平台，科协频道继续推出“科学演讲秀”栏目，展示青年科技工作者风采，让我们一起看看上届决赛选手的精彩表现。
本期“科学演讲秀”带来
中石化北京化工研究院
史杰中（ 北京创造学会推荐 ）
的精彩演讲
科技为骨，奔向We来
一秒钟内，全球就有12人正在接受骨科手术。骨折、骨质疏松、骨关节炎、腰椎间盘突出，这些常见的骨科疾病严重威胁着人们的健康。据统计，2023年全球骨科市场规模达到610亿美元，而我国的市场规模也高至500亿元。在众多的骨科疾病中，最严重的是大骨量缺损，其医治也是骨科领域公认的难题。
为什么大骨量缺损难以修复？通俗来讲，就是细胞只会游泳，不会飞。正如发生骨折后，医生只需要将骨头接好固定，就能慢慢恢复，这是因为骨头接好后，细胞就可以顺着游过去，进而修复骨组织。而大骨量缺损，中间出现了断层，细胞无法凭空飞过去，当然就无法进行修复。了解原理后，大骨量缺损的修复便不言而喻：在缺损部位填充材料，让细胞游过去。
有了这个思路，首先面临的问题便是用什么填。目前，一种颠覆性的新技术是填充生物可降解材料，这种材料可以为细胞提供一个暂时的桥梁，让细胞能够游过去修复骨组织。发挥完作用后桥梁又会自行消失，最终效果相当于重新生长出一块新的骨头，完全实现断骨再生。
聚乳酸是使用最多的生物可降解材料。但聚乳酸有一个致命的缺点，疏水性。细胞是亲水的，因而填充聚乳酸后细胞还是难以游过去。为此，中石化北京化工研究院团队提出了一种新的策略，将一个亲水链段通过化学合成直接引入到聚乳酸中，形成新型乳酸共聚物，从而改善聚乳酸疏水性问题。
想法虽易，但实施起来谈何容易。亲水链段的引入让整个聚合过程都发生了变化，与聚乳酸完全不同。为此，所有团队成员夜以继日地查询文献、筛选亲水链段、探究聚合机理，甚至为了这个反应动手搭建了一套装置。最终经过千百次的尝试，团队成功合成了乳酸共聚物，其性能指标远优于国内产品，达到了国际先进水平。
然而漫漫长征路，这只是第一步。要实现骨修复的应用，还需要把材料加工成和骨缺损部位一样的形状。当前，一种新兴的方法叫增材制造。通过在平台上不断加料、层层堆积，从而实现完全从无到有的材料制备。这，就是3D打印技术。
材料要想放入3D打印机，首先要加工成线卷。这可不是普通的线卷，它的直径误差需要控制在1%以内，而乳酸共聚物加工窗口非常窄，因此控制直径及其困难。为此，团队几乎跑遍了整个中国，试遍了所有仪器，最终才摸索出条件，成功制备了线卷，其直径误差更是达到了0.1%，并最终打印出了骨修复支架。
但在动物实验时，团队发现这种与骨缺损部位一模一样的支架根本填充不进去，除非它小一点。但体积一旦变小，又没有办法牢固地固定。但一次偶然的机会下，团队发现，放进冰箱的支架坍缩了，这给了团队启发。他们立即对这个性质进行了系统研究，发现他们的支架具有独特的形状记忆功能：在4℃下会塌缩，在37℃下又会恢复原状。
利用这个特性，填充前团队先将材料放入冰箱冷却，使其塌缩，之后填充到缺损部位，并滴加37℃的生理盐水，这样塌缩的材料就会很快恢复原状，从而牢固地固定在缺损部位。随着最后一个难题被攻克，材料的骨修复实验很快取得了喜人的结果。
中石化北京化工研究院团队的支架植入动物体内后，没有任何毒性，从CT结果看，其乳酸共聚物的骨修复效果远优于进口胶原蛋白和聚乳酸，达到了世界领先水平。
作者｜史杰中
推介单位｜ 北京创造学会
编辑排版｜ 徐艳
审核｜潇潇 钱炜 苏苏 贞贞
图片｜作者提供
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来源：北京创造学会
