当前，全球经济竞争聚焦科技竞争，科技成果转化作为科技创新全过程的“最后一公里”，是支撑经济发展和推动社会进步的核心关键。成果转化是否顺利，很大程度上决定了科技创新的成败。
科技工作者是科技成果转化最重要的推动者，始终深耕前沿科技研究，攻克关键核心技术，而企业面向市场，对产业和产品技术创新需求了如指掌。如何各展所长？前沿科技又如何“落地成金”？
中国生物材料学会联合动脉网推出系列报道《科技成果的“转”与“化”》，分享生物材料/医疗器械领域产学研深度融合案例，以期同广大行业领域同仁一起探索科技成果转化创新链、产业链、资金链、人才链深度融合新路径。欢迎关注。
2023年4月，在四川大学张兴栋院士的指导下，四川大学黄崇湘/聂宇教授团队基于纯钛微结构的仿生调控研发出了一种高强高韧纯钛材料，不仅具有优异的机械性能，同时具有良好的骨组织诱导性能，骨愈合迅速。研究内容以题为“High Strength Titanium with Fibrous Grain for Advanced Bone Regeneration”的论文发表在国际顶级专业期刊Advanced Science上。
在生物材料领域，这是一项重要的原创成果。
但要推动其产业化，这不是一件能急于求成的事。“十年磨一剑”是科研的常态。“没有充分的技术准备和足够时间的沉淀，很难将基础研究成果转化为实际生产力。”黄崇湘说道。
因此，他们选择稳扎稳打。
从2020年开始，在国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心（器审中心）的指导下，黄崇湘/聂宇团队参与起草了《高强韧性纯钛骨科内固定植入物注册技术审查指导原则》，经过同行专家、行业企业和管理部门的反复论证和修改，于2022年4月由器审中心正式发布实施，为高强韧性纯钛骨科植入体产品进入市场奠定了基础。
创新技术背后的大需求
在采访开始，黄崇湘向橙果局展示了一些数据：2020年，国内骨科植入物市场为350亿元，并在逐年增长；2022年，中国牙种植体市场容量为66.86亿元。
以牙种植体市场为例。现代种植牙发展至今30余年，纯钛始终是加工种植体的首选材料。截至到2021年底，在我国上市的种植体及种植体系统共有117个注册产品，其中进口产品99个，国产产品18个，进口产品数量占比90%以上。而在企业方面，有相关批件企业数量的国外企业52家，中国台湾企业3家，大陆企业18家。
种种迹象表明，中国的原材料市场不仅高度同质化，还以进口为主。
局面需要被打破。
不做表面处理和型制设计，“从原材料上做文章。”2014年，黄崇湘回到四川大学后，一直专注于原材料的创新研究，力图改变医用纯钛的机械性能。
现有生物医用材料包括陶瓷、不锈钢、纯钛以及钛合金、医用高分子材料......如何在众多材料中找到一个具有市场潜力的材料？
实际上，选择纯钛材料作为突破口，是团队基于学术与市场需求的双重考量。
大约在2003年，黄崇湘第一次接触纳米钛。“我在读博士时，就见过纳米钛样品，当时的样本还很小，但机械性能出奇的好。”此后，一个想法萦绕在黄崇湘心头——研发新型纯钛。
“从学术角度来看，通过现有的工业加工方法可以对纯钛的微观组织结构进行‘仿生’调控，从而实现整体性能的大幅提高。从市场角度来看，钛及钛合金生物是加工制作骨科、牙科等医疗器械的基础性材料，量大面广，应用最广泛。”黄崇湘说道。
“仿生，是我2008-2010年在欧洲科学院院士Ernst Wagner教授实验室进行洪堡博士后期间受到的最大启发。”聂宇说道，“自然界经过亿万年进化，生物机体的每个部分获得的结构和特性都非常优异，生物材料的设计就应该向自然学习。”
2016年，黄崇湘在关键技术上获得突破，便找到聂宇一同向在国际上首次提出“组织诱导性”生物材料的张兴栋院士讨论，张院士对这种突破原材料难关的研究十分认可，并指导如何深挖理论根据和推进技术应用。因为国内高端医用金属材料被国外所垄断，导致高端医疗器械行业发展艰难，从原材料出发，才能有效解决国家的“卡脖子”问题。
2017年，科技部“十三五”规划指南“新型医用金属材料及其产业化研究”将高强度纯钛纳入其中。2019年，中国药品监管科学行动计划首批9个重点项目之一“医疗器械新材料监管科学研究”同样将高强韧性纯钛列为重点。从新材料、新技术和新原理的创新，到实际的产业化转移，新型高强度纯钛正式进入了国家科技创新规划中。
一种更适用于人的材料
在骨科植入手术中，纯钛由于良好的生物相容性而被广泛应用于临床植入物，但其短板在于缺乏生物活性，且力学强度低，导致承重能力不理想。为了提高纯钛的力学性能，科研人员在纯钛中添加合金元素，形成了更坚硬的钛合金。目前，钛合金Ti6Al4V仍然是骨科手术的主要材料。
但从安全性出发，合金植入物磨损和降解出来的钒和铝具有细胞毒性，患者长期接触会导致不良的骨溶解和神经紊乱等副作用。
在黄崇湘看来，新型高强韧性纯钛一定会带来一些变革。“它与合金一样坚硬，但比合金更安全，完全可以替代钛合金材料制作骨植入物和牙种植体等医疗器械。”
新型纯钛材料的单轴拉伸性能
首先是极佳的机械性能。据了解，新型纯钛的抗拉强度高达950 MPa，伸长率高达14.6%，疲劳强度高达480MPa，综合机械性能与钛合金Ti6Al4V相当。“纯钛无毒性、无磁性，我们又提高了纯钛的强度，达到钛合金的标准，使其可以在患者体内长期植入。”黄崇湘说道。
新型纯钛植入物的体内骨整合效果评价
“除了机械性能，我们的材料还具有快速的骨整合能力。”聂宇补充道。体内动物实验表明，新型纯钛的骨愈合周期缩短至三周，约为普通纯钛和标准钛合金Ti6Al4V植入体的三分之一。“我们通过micro-CT和硬组织切片检测，新型纯钛植入体周围相较于普通纯钛和钛合金在手术后各个时间点能生成更多的新生骨组织。术后12周的骨-植入接触参数（BIC）已达到对照组的2倍，材料本体的骨整合性能已超过部分具有生物活性分子涂层的钛植入体。综合各类骨整合参数，新型纯钛植入物3周的骨整合效果与商用钛类材料对照组12周的效果相当，大大缩短了骨整合时间、提升了骨整合效果。
以上两项优势，得益于新型纯钛具有类似天然骨中胶原-羟基磷灰石定向排列的独特的多级微观组织和表面拓扑结构。
而多级微观组织是由等轴纳米晶和纤维晶构成，晶粒高度定向,生物活性最好的(0002)晶面平行于样品表面，可以实现优异的强度/塑性协同；表面拓扑结构和亲水的锐钛矿型二氧化钛，极大提高了材料表面亲水性，促进骨细胞产生接触诱导，利于生物矿化，从而实现快速骨愈合。
“这是目前所有的金属类材料很难达到的效果。”黄崇湘如此评价。事实上，这也是首次在金属植入物实现表面自拓扑结构设计，并创新性地提出了植入物表面晶体学调控的理念。
经过近十年的基础原理研究和创新技术研发，目前围绕新型纯钛材料已经授权了13项国内外发明专利，发表高质量论文5篇，形成了“原理—技术—材料”的完整研发路径和系列成果。
有计划地转化
作为科研工作者，黄崇湘的研究首先是从基础理论出发，他说，基础学术领域的探索并不完全考虑市场因素。
依托自主研发的高强韧性纯钛，黄崇湘/聂宇团队已经试制出骨钉、骨针、髓内钉、牙种植体等多款植入器械。
高强韧性纯钛原材料及其植入器械试制
“如果成果能和产业界结合，那当然是件好事。”黄崇湘表示。
反之，一项新技术和新材料也需要一定时间来得到市场和消费者的认可。黄崇湘做了一个简单估算，新型高强韧性纯钛的成本大约占产品对外销售价格的约10%，再加上技术门槛较高，企业接受度仍然需要提高。
“有时候技术是好的，但不一定立刻就能被市场所接受。”黄崇湘谈到基础科研转化困境。这时候，他又疏导自己，最坏的打算是作为未来的一项储备技术。
当下，国内已经掀起一股创新浪潮，企业往往会主动与科研人员合作，寻找原始创新技术。黄崇湘告诉橙果局，已经有不少企业和团队找上门，希望技术产业化。
但黄崇湘似乎并不急着和企业谈技术转移的事儿。现在，他们正在做一件更为重要的事情——制定标准。
“如果没有标准的话，产品相当于是无源生产，市场是不认可的。”黄崇湘谈及制定行业标准的重要性。
制定行业标准一定是一个多方合作的过程。黄崇湘告诉橙果局，技术标准最后都要得到企业的认可，因此，团队主动找到企业以及监督检测中心协同合作。
“从上游的研发单位到中间的监督检测中心，再到下游的应用企业，我们的技术参数都要经过反复测试和验证，而且要得到三方认可才可以确定。”黄崇湘表示。据了解，未来一两年内，黄崇湘/聂宇团队将在学校、学会、企业和技术监督部门等各方帮助下，推动行业标准的落地。
黄崇湘最后说道：“科技创新要按照“四个面向”的宗旨和要求来展开。在未来一段时间，我们将在国家政策的引导下，按照工业化生产的标准来逐步实现原创成果的产业化，让新材料造福于民。”
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