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AMT | 南京工业大学高兵兵副教授团队:用于先进生物医学设备的新兴低成本高效制造技术

2026-07-03 01:40:16

研究背景：

传统医用器件制造普遍存在成本高、周期长、难以个性化定制等瓶颈，难以满足临床对微创、精准、可及医疗的需求。针对这一痛点，团队根据目前已有研究成果，系统总结了 “数字制造 + 仿生设计 + 人工智能” 三位一体的低成本制造技术体系，突破材料、结构、工艺与成本的多重约束。

文章概述：

研究团队重点总结了3D 打印与激光微加工等核心技术，实现复杂结构按需成型，材料利用率显著提升，设备与加工成本大幅下降。同时，创新性地将乐高模块化、折纸剪纸等日常原理引入医用器件设计，总结出一条可快速组装、高延展性、高适配性的柔性电子与植入器件的理论道路。依托亿万年自然进化智慧，团队总结各种仿生结构与超材料创新：模仿河豚机制研发智能微针球囊导管，实现血管内靶向药物精准递送；借鉴昆虫微结构构建强效止血微针贴片，无需胶带即可实现物理锁合；受鱼鳞、燕窝启发制备高强低耗复合材料；并同时总结负泊松比超材料，在减震、智能传感领域表现突出。对比数据显示，多款仿生医用器件制造成本仅为商用产品的 1/3 至 1/10，具备极高临床转化价值。人工智能成为低成本智造的“最强大脑”。团队总结将 AI 用于肝脏三维重建、蛋白质结构设计、脂质纳米载体优化等等目前已有进展，大幅减少实验试错，缩短研发周期，提升设计精准度，实现从经验制造向智能智造跨越。

图文导读：

图1. a,b,c,:对3D打印技术的介绍 d:对激光加工技术的介绍 e,f:对乐高以及折纸化制造方法的介绍

图2. a:超材料的微观结构 b,c,d,e:对自然界仿生设计的介绍 f,g:对微针技术的介绍

图3. a:利用人工智能优化肝脏的三维重建过程。b:通过AI工具和动态模拟设计具有疏水核心的稳定 α 螺旋蛋白。 c:一种用于 LNP 设计与优化的高通量AI辅助工作流程。 d:CrystalGAT程序示意图，用于预测分子力学特性及特定性质修饰

图4.部分现在已有实际应用的介绍 a: 用于智能伤口管理的三维折纸式微针贴片示意图，涵盖生化传感检测、运动感知及愈合功能。b: 采用微创滚动式微针电极阵列（RoMEA）实现组织连续电穿孔技术。c: 可在手指和手臂佩戴的热电发生器（TEG），具备自愈、循环利用及乐高式重构功能的实物图。d: 受乐高启发的心脏监测生物探针及肌肉运动监测皮下植入装置。e: 用于肝出血治疗过程与机制的仿生宝塔形微针贴片示意图

结论：

本研究系统阐明了3D 打印、激光加工、仿生超材料设计与人工智能深度融合的先进生物医用器件低成本制造体系，成功突破传统医疗器件高成本、长周期、难定制的核心瓶颈，实现成本可控、性能优异、个性化适配的一体化制造。AI 赋能的低成本智造不仅是技术创新，更是以患者为中心的医疗理念革新，为下一代经济型、个性化、智能化生物医用器件的临床转化与产业升级提供清晰路径与关键支撑，推动高端医疗技术真正走向普及、惠及全民。