前沿研究丨医用增材制造——早年沿技能到产品研发_资料_生物

2024-12-14 21:24:26 智能写作

作者：邱贵兴，丁文江，田伟，秦岭，赵宇，张同盟，吕坚，陈代杰，袁广银，吴成铁，卢秉恒，杜如虚，陈继明，Mo Elbestawi，顾忠伟，李涤尘，孙伟，赵远锦，赫捷，金大地，刘斌，张凯，李鉴墨，Kam W. Leong，赵德伟，郝定均，敖英芳，邓旭亮，杨惠林，徐少克，陈英奇，李龙，樊建平，聂国辉，陈芸，曾晖，陈玮，赖毓霄

前沿研究丨医用增材制造——早年沿技能到产品研发_资料_生物智能写作

来源：Medical Additive Manufacturing: From a Frontier Technology to the Research and Development of Products[J].Engineering,

2020,6(11):1217-1221.

导语

医用增材制造的质料与其他多个领域利用的质料具有广泛通用性，这是构成三维（3D）打印领域的主要根本。
在医学领域，3D打印最初用于制造生物假体，现已扩展至细胞、组织和器官打印，并用于制造医用机器人。
目前，各种新颖的材料正在呈现，并将供应更多临床运用方案以供年夜夫选择——特殊是用于治疗棘手的疾病。

中国工程院邱贵兴院士、丁文江院士等科研职员在中国工程院院刊《Engineering》撰文指出，医用增材制造匆匆使我们开拓更好的材料、设计和制造新技能，建立经由验证的临床指标和运用方案，以期通过提高医疗效能与安全性使患者受益。
文章环绕医用增材制造质料的研发与寻衅，医用增材制造前沿技能的研发与运用，医用增材制造产品的认证标准、法规及评价体系，医用增材制造产品的临床运用等方面进行了详细的剖析与展望。

一、医用增材制造质料的研发和寻衅

医用增材制造的质料与其他多个领域利用的质料具有广泛通用性，这是构成三维（3D）打印领域的主要根本。
这些领域的增材制造在材料类型、粉体特性、成型性和黏弹性等方面面临着相同的问题和寻衅。
例如，航空领域采取了多种金属材料，而生物医学领域会利用金属、聚合物和无机材料。
在生物医学领域，运用最广泛的材料是生物相容性材料。
3D打印还会用到各种均质和非均质复合股料，这为增材制造带来了更多的寻衅；利用异质复合股料进行3D打印尤其富有寻衅性。

3D打印已成为支撑粤港澳大湾区家当发展的主要分支之一。
在医学领域，3D打印最初用于制造生物假体；但现已扩展至细胞、组织和器官打印，并用于制造医用机器人。
许多具有分外部件或特性的东西需通过能够匹配3D乃至四维（4D）打印技能的专用材料制成（在4D打印中，产品会随着韶光的推移而发生变革，从而形成另一种维度）。
在增材制造产品的梯度设计中，首先须要构建和打印产品。
在产品研发之初，就能测试生物降解性和生物相容性等基本特性。
3D打印的由形状影象合金构成的血管支架等智能东西也进入了研发（R&D）阶段。
由此可见，各种新颖的材料正在呈现，并将供应更多临床运用方案以供年夜夫选择——特殊是用于治疗棘手的疾病。

《自然》于2017岁首年月次揭橥的超纳米双相镁合金是一种具有极强颗粒崩解性且能生物降解的金属；它的运用不仅推进了3D打印的发展，而且开启了4D打印的机遇之门。
虽然人体是一套繁芜的机器系统，但3D和4D打印有可能超越人体力学的极限，通过技能创新达到强化人体的目的。
传统的3D打印技能源于外国公司，并包括3D打印质料的研发，而这些质料常日会被这些公司所垄断。
这使得研发生物医用的具有自主知识产权的粉体或油墨质料以知足海内运用需求具有主要意义。
因此，人们必须看重质料的创新和开拓、质量掌握并制订干系标准和法规——特殊是针对临床运用研发的三类植入物。

临床环境亟需耐药抗生素，并且其主要性进步神速。
近年来，大量的研究将材料与抗菌药物相结合，并已揭橥多篇干系的学术论文，如一维材料（金属、银离子、金离子和铜离子等）和二维（2D）材料（硫化钼和石墨烯等）的结合。
新材料与抗生素的结合以及与3D打印的进一步领悟不仅是材料添加物的下一步研究方向，也须要进一步的投资以实现临床运用。

3D打印和原材料研发之间从一开始就须要建立协同关系。
从材料制造的角度而言，3D打印的成型、制备和固化过程有别于传统加工过程。
例如，钛合金在临床运用中已经十分成熟，但不能直接用于3D打印。
这些材料必须首先被雾化成粉体，并优化其身分组成，以适用于3D打印。
因此，关键的研究方向应包括研发适用于3D打印的质料以及传统医用金属材料的定向设计，并且研究中须要开展多学科协作。

近年来，镁和镁合金在骨缺损修复方面展示出巨大的运用潜力，并且特殊适用于组织再生潜力低的情形。
动物实验和临床试验均表明镁合金具有良好的成骨浸染和疗效。
但由于镁和镁合金极易氧化，以是如何减少纯镁粉末或镁合金粉末的氧化是3D打印制造过程中需办理的关键问题。
如发生氧化，则粉体易在3D打印固化过程中形成冷间壁，这将显著降落材料的疲倦性能，导致东西过早失落效。
在纯镁或镁合金粉末的制备过程中，氧含量的掌握至关主要。
因此，应根据需利用的干系材料的研发和选择设计3D打印设备。
如果能通过协同办法办理上述问题，则有可能办理当前的3D打印难题，并迎来3D打印技能在医疗东西领域运用的巨大发展，特殊是在拥有弘大医疗需求的国家（如我国）。

从学科发展的角度而言，3D打印已从传统的材料打印（如打印具有保护功能的东西）发展到用于组织修复和器官再生的细胞—材料打印，其功能也从单一的修复功能发展为治疗疾病或组织再生的功能。
例如，在骨肿瘤手术中，3D打印将传统的生物陶瓷骨修复功能与光动力疗法相结合，以处理骨肿瘤手术后的早期肿瘤复发并加强对干系骨缺损的修复。
3D打印曾用于生产多孔支架材料，以实现骨缺损再生的功能；目前3D打印紧张运用于软组织，如皮肤和肌肉修复。
科学家能通过3D打印制造构造繁芜的心脏以及具有呼吸功能的肺泡。

3D打印过程中需办理以下关键问题：

第一，如何整合人体的繁芜仿生构造及功能；

第二，如何从空间和韶光上分布排列多个器官；

第三，能否根据疾病性子有效统一传统的组织再生和器官功能修复。

在仿生构造领域，3D打印生物陶瓷莲藕构造可有效勾引细胞成长并促进颅骨再生。
实际的组织或器官的构造非常风雅繁芜，它包括不同细胞的相应空间分布。
如果能通过3D打印确定不同细胞的空间和韶光排列，则能办理体内繁芜器官的再生问题。
在骨肿瘤等疾病治疗时，通过手术可切除大部分肿瘤，但切除以及术后规复功能可能无法杀去世全部残留的肿瘤细胞，而3D打印能为该问题供应一种办理方案。

虽然过去数年来已有研究者揭橥了多篇涉及这些领域的学术论文，但离实现真正的常规化临床医疗运用仍旧有很长的间隔。
我国在利用3D打印实现骨组织再生方面作出了巨大努力。
只管必须考虑生物安全和伦理问题，但生物3D打印与组织工程学相结合有望办理具有繁芜组织的材料细胞打印中面临的内部构造和内部功能难题。

未来紧张从四个方面考虑3D打印质料的研发方向：

首先，3D打印哀求利用粉末材料，这就对材料研发提出了新哀求；

其次，3D打印医疗与材料的相结合，对干系材料的鉴别提出了新哀求；

再次，当3D打印运用于医疗时，应该考虑材料的加工特性及可调控性；

末了，生物3D打印对不同材料和细胞的空间分布提出了更高的哀求。

二、医用增材制造前沿技能的研发与运用

骨科植入物的形状、构造、设计和设备的性能取决于打印事理和工艺。
打印设备的可重复性在制造过程中也须要考虑。

除了质料和3D打印设备外，还需重视增材制造中的以下关键工艺：加工具有不同工艺特色的多元复合股料；整合不同材料的非均一性（可能须要利用繁芜的加工技能）；在多元材料加工中，不同材料的界面特性造成了材料之间的界面不稳定，使得成品的完全性受损；繁芜多层构造的精密成型以及梯度的排列组合也是须要关注的主要难题；对付生物打印而言，活细胞被视为生物质料的一部分，以是坚持打印后细胞的活性和功能也至关主要。

作为骨科材料的金属医用材料（如钛合金）在临床运用中存在难以超出的问题。
例如，这些材料的弹性模量较高，这可能引起应力遮挡效应和韧性不敷的问题。
聚醚醚酮（PEEK）是新一代的医用植入材料之一，其优点在于密度和模量靠近天然的皮质骨，但缺陷是热导率较低，同时利用3D打印生产聚醚醚酮东西的制造过程也碰着了急需办理的难题。
我国工程师发明了用于3D打印的冷沉积工艺，该工艺通过设置喷管冷却率、冷却条件和其他参数来调掌握备过程。
该工艺可调控聚醚醚酮的结晶度并掌握其结晶度的分子水平，以调控聚醚醚酮的机器性能。
迄今为止，工程师们已利用3D打印的聚醚醚酮东西治疗了70多例临床病例，实现了从最开始的知足形状哀求到知足性能哀求的发展。
但人工假体与宿主组织的整合是一项须要在未来的材料设计和制备过程中办理的任务。
在材料设计中原则上应知足其预期功能，同时应整合制造工艺，以知足定制假体的功能哀求。

生物组织的3D打印技能也被称为生物打印，该技能已用于将胚胎干细胞装置成球体，调度球体大小，并使干细胞分解形成胚胎。
例如，生物打印可使干细胞沉积成球体，并勾引其成为肝细胞，以供药物测试。
与传统模型比较，由生物打印技能构建的体外3D模型更靠近人体，并且利用这种模型得到的结果能更真实地反响实际情形。
在药物研发过程中，根据2D模型开展的实验每每不太准确且成功率较低，导致大量资源被摧残浪费蹂躏。
生物打印可用于制作更靠近人体的仿生模型，从而为生物发展、癌症研究和新药研发供应了卓越的工具。

生物打印必须包括以下步骤：

第一，需设计3D打印的生物质料特性。
细胞可作为生物质料，如打印含细胞的生物质料，需考虑在打印完成后坚持细胞功能。
机器硬件和3D打印材料的研发也须要反响这些进展。

第二，需确定生物打印的组织如何发挥浸染。
在生物打印发展之月朔般能直接打印具有形态相似的器官或组织，如心脏和血管。
但是，这些生物器官或组织不仅可实现3D打印，还需形成特有的功能，因此材料设计和制造面临着更艰巨的寻衅。

第三，在细胞打印过程中，需在特定位置打印不同细胞，以保持三维构造，并确保打印的细胞具有较高的存活率，须要按照特定的空间分布，以发挥相应的功能。

打印不同种细胞时，需特殊把稳细胞与细胞之间的界面。
但就目前的生物打印工艺而言，在打印过程中难以实现精准放置细胞并避免活细胞损伤。
在实际操作过程中细胞损伤频繁涌现，以是难以进行运用。
微流体技能中繁芜微流道可用于细胞打印的生物打印喷头。
生物打印目前可用于制作器官芯片，从而实现体外器官的部分功能，以便开展新药评估、药物检讨等事情。
综上所述，①生物打印应该用于构建前辈的仿生生物模型；②从技能角度看，打印的器官芯片一定能实现体内仿生；③生物需求应与人工智能、大数据和深度学习相结合，在临床运用前景成为现实之前，需尽早关注到这一点。
生物科学家和临床医师从一开始就应该开展密切互助，包括对详细临床适应症或运用开展针对性研究，以便将来能更快速且有效地将研究成果转化为临床运用。

对付生物制造和临床运用领域的专家和学者而言，理解如何将3D打印从形态相似转变为功能相似非常主要。
4D打印的创新理念是指随着温度和电磁场等参数的变革，3D打印的材料形状发生变革。
但当3D打印材料用于人体时，这些材料可随着植入韶光的延长而长入生物体，这也是一种维度。
人体医用植入物需经历系统的制造过程，包括设计、材料、3D打印、后处理（包括热处理和表面处理）、质检、包装、手术和康复。
为确保临床运用得到成功，以上步骤均不得有误。
此外，需加快国家药品监督管理局（NMPA）审查，以实现家当打破。
因医用植入物是定制品，以是难以按照国家药品监督管理局的建议（侧重于系统验证）对其进行审查。
当通过3D打印打印器官或组织时，仅打印出类似形状远不敷以知足哀求；打印出的产品还必须具备相应的功能，这是医疗3D打印的发展方向。

三、建立医用增材制造产品的认证标准、法规及评价体系

为实现3D打印产品的后期家当运用，各干系机构应配合尽力，并且上层建筑需发挥关键的主导浸染。

医用增材制造技能的首个打破发生在骨科和牙科领域，并在这些领域正逐渐成熟。
因此，早在2010年就针对骨科和牙科产品提出了3D打印医用植入物法规。
目前，国家药品监督管理局针对临床运用已批准四种3D打印标准产品。
国家药品监督管理局优先考虑将其用于成熟或已履历证过的领域，如骨科和牙科领域，并由不同省份制造定制产品的部件。
因增材制造产品包括定制产品，以是国家药品监督管理局操持建立一套完全的评估系统。
目前，国家药品监督管理局已制订了40项关于得到医疗东西注册证的辅导原则，个中7项原则与增材制造有关。
未来将建立干系的标准体系、监管体系、辅导原则、注册技能文件和信标体系，以重点发展临床运用并取得打破。
骨科领域的某些方面比其他方面更易履行增材制造。
中国工程院（CAE）应推动相应的专业研究项目，以结合医学和材料领域并建立高效、科学和准确的验证体系。

我国《医疗东西生产监督管理办法》将医疗东西的安全性和有效性列为紧张的哀求。
目前，美国食品药品监督管理局（FDA）紧张依据合理裁定和有效的科学依据掌握风险并确保医疗产品能安全有效运用，从而改进公众康健。
对付增材制造领域的新型医疗东西，须要建立相应的监管科学来验证注册产品的性能。
注册前须要完成的主要任务包括开展多中央临床试验和医学研究，以及生产经由总结和同行评审并通过科学类出版物揭橥的产品，从而为临床实践供应主要依据。
这类研究和生产将有助于创新产品的研发，并且便于在产品的临床运用期间对全体利用过程进行监测。
四川大学医疗东西监管科学研究院是环球首个处理医疗东西干系监管事务的学术机构，其任务是通过预验证和风险掌握建立医疗东西的监管科学。
这项监管科学应根据用户、产品研发职员和企业风险掌握等背景信息涵盖医疗产品的全体生命周期。

针对定制产品制订的海内法规和国际法规之间存在差异。
在英国，关于定制设备的核心管理理念如下：除与材料干系的事变外，增材制造的全体生产过程均由外科年夜夫卖力，包括对临床患者的打算机体层成像（CT）或磁共振成像（MRI）图像数据采集、制造、临床医师确认以及随后的临床运用。
我国企业关注的焦点是在上市前得到国家药品监督管理局颁发的注册证书。
英国的现状表明，我国应尽快针对定制的医疗东西发布明确的注册指南，并加快临床转化。
干系注册指南应兼顾技能可行性以及为各方创造实际利益——尤其是患者。
医用增材制造的可重复性以及制造成品（无论用于人类、动物模型还是细胞模型）的特色均须按照标准化办法实现。
在未来的研发和临床运用中，这项课题值得进一步思考和磋商。

所有新技能和新型材料——尤其是3D打印的三类医疗产品——在临床运用前均需履行系统性评估，并通过监管机构审批。
医用增材制造技能仍处于探索起步阶段。
目前，3D打印技能在骨科和牙科领域的临床运用中仍需战胜几大难题：风险担责界定不明，临床注册和审批韶光过长。
这是因难堪以评估此类产品的预期临床效果，3D打印制造的产品尤其如此。
此外，产品质量掌握体系尚未完善。
虽然临床前科学家发起的临床研究目的并非临床注册，但干系管理流程和质量掌握体系必须知足相应的外科医疗哀求。

四、医用增材制造产品的临床运用

3D打印是用于骨科髋枢纽关头重修领域的主要技能之一。
除了已在骨肿瘤和髋枢纽关头重修手术中采取的3D打印钛合金外，人们还研发了具有良好生物相容性的3D打印多孔钽金属。
材料领域学者以及骨科年夜夫目前已对3D打印多孔医用钽金属进行了评估；实际上，已有一些临床病例利用了这种材料。
3D打印多孔钽金属已在脊柱、髋枢纽关头和肢体静脉曲张手术中进行了临床运用，并取得了良好的临床疗效。
3D打印多孔钽金属不但能实现仿生骨小梁构造的设计和制造，还具有良好的细胞黏附性和生物相容性。
同时，这种材料的弹性模量和强度适宜局部环境。
临床实验结果表明，3D打印多孔钽金属能与骨骼紧密结合，术后功能规复的效果令人满意。
实验结果和临床结果均证明3D打印能精确掌握尺寸，并具有良好的疗效。
3D打印还可用于远程医学领域。
中国云南军区总医院骨肿瘤患者的医学影像信息通过远程传输至医院3D医学实验室，从而进行仿真设计和打印制作；生产出的产品将送至云南当地医院，并在消毒后运用于手术之中。

随着人口逐渐老龄化，我国到2020年将有近4.5亿年事超过60岁的老人。
根据目前上报的脊柱骨折率（30%），估量2020年后将有超过1亿例脊柱骨折的病例。
在骨科的运用当中，用3D打印技能治疗这类富有寻衅性的疾病时哀求相称苛刻。
随着金属材料打印在骨科运用领域的日益成熟，可利用3D打印制造个体化的仿真和仿生构造。
但是，现有的打印技能均为体外打印或离体打印，不能直接在体内实现（即“体内打印”）。
3D打印技能或许能办理骨缺损临床修复添补问题，如果能实现体内打印，则有望在骨科领域开展更多医疗和工业协同研究，从而使患者进一步受益。

如上所述，3D打印能为骨科年夜夫供应准确有效的治疗方法，具有广阔的临床运用前景。
医疗和工业部门在增材制造和临床运用方面的互助具有主要意义，但指定机构应该监管到位，以便履历丰富的年夜夫和工程师能开展高效互助，并完成这一艰巨任务。
通过研究建立更多标准以及标准化流程，从而优化全体过程，并顺利完成对这些材料的系统性评估。

目前，3D打印在术前方案模型的运用和发展相对成熟，但3D打印制造的东西过于粗糙，表面并不只滑。
如果可在这一方面作出改进，将为骨科年夜夫履行当前的临床运用供应很大帮助。

目前，医用3D打印采取了已达到成熟运用水平的导航机器人技能，但骨科和牙科的3D打印外科手术导板及附件在未来的发展潜力仍有待通过骨科手术进行验证。
只管打印导板和附件的价格相对低廉，但这种东西在手术过程中存在不可避免的缺陷。
例如，如果希望通过宽切口切削骨骼并去除所有软组织时，由于导板实际上只能扣在骨骼表面，以是在临床上不能完备切削软组织。

此外，3D打印在缺少独特构造特色的骨表面的运用前景有限，如光滑曲面。
在手术期间，这种曲面难以按照术前仿真位置履行切除、置换和贴附。
在研发定制假体和内部支撑构造的过程中，3D打印不能办理长期植入产生的问题，如假体断裂、松动或脱落。

在将来，人们在看重个性化设计的同时须要关注3D打印个性化植入物的安全性。
用定制植入物取代大规模标准化产品时，3D打印产品的本钱远超传统制造工艺生产产品的本钱，这向临床医学改革提出了巨大寻衅。

因此，对3D打印的研究应侧重于办理传统方法（如传统减材制造）无法办理的问题。
这类问题包括：如何精确地打印出与骨小梁构造完备同等的构造，并且在其表面构建有利于骨骼成长的涂层。
对付置换存在毛病的大段骨手术中，打印构造尺寸适中是履行手术的先决条件，这也是3D打印需考虑的问题。

通过优化功能构造来勾引软组织再生对付枢纽关头手术非常主要。
在我国，关于软组织的再生研究已经成为一项具有显著临床意义的重大国家计策，在发达国家也是这样。
运动系统的组织（包括软骨、韧带和肌腱）是枢纽关头的主要组成部分。

人们已研究了多种材料在软组织修复中的运用，包括传统金属材料、钽、钛以及其他可接管金属。
但这些材料不能直接用作生物质料，这意味着全体软组织的更换在面临巨大需求的同时也须要面临重大寻衅。
根据推举的材料，当前的临床实验中已采取多种构造风雅且生物微环境适宜的天然生物质料进行软组织修复或更换，如胶原蛋白、优化丝心蛋白、胶原凝胶和细胞外基质，并在体内实验中取得了良好疗效。

研究证明，细胞外基质可用作3D打印原材料，并在软骨再生方面取得了主要成果。
3D生物打印在修复软组织损伤方面有巨大的潜力。
在组织修复过程中，生物3D打印构建的微环境将显著影响干细胞向组织损伤部位的迁移。
为便于调控组织再生和细胞修复，必须从构造和功能两方面优化3D打印生物质料。
与不可降解金属材料比较，细胞外基质材料在人体内将发生降解，从而与组织再生形成良好的交互性和平衡性。
增材制造已实现对生物质料的构造设计和风雅制造，并在利用两性生物质料制备形状繁芜的多级微孔构造方面取得了打破。
这种构造能勾引干细胞分解，以实现整体组织修复。

总之，医用增材制造领域已迅速发展，并已办理了多项临床难题。
多种骨科产品的形态和功能逐渐被人们所接管，而利用3D技能进行骨科手术的需求也进步神速。
但临床环境中依然存在许多悬而未决且充满寻衅性的情形，包括原材料的选择等。
3D打印正经历着一场当代工业革命，该技能领域有良好的运用前景，并且其研发和运用范围广阔。
但3D打印技能目前仅节制在少数几个紧张工业国手中，与之相应的原材料也被这些国家垄断。
因此，我们需考虑研发具有自主知识产权的质料，以及打破技能瓶颈。

此外，与传统或常规加工工艺比较，包括选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔化（SLM）在内的多项3D打印技能既有上风，也存在不敷。
其余，有必要开展充分的临床运用研究。
除了使材料发挥相应功能外，还需从器官水平使3D生物打印在生物学功能方面取得打破。
运动系统相对随意马虎达到所需的机器性能，但这依然无法完备取代骨骼缺失落部分。
如果能用具有生物功能的植入物取代缺失落的部分，则可能取得更好的效果。
我们期待着建立干系平台，以实现联合研究、创新和开拓，这显然须要在年夜夫和工业之间建立互助关系。
但对付3D打印公司而言，依然有一部分增材制造产品须要通过传统的加工方法进行加工。
临床运用研究需谨慎地开展，同时根本研究须要创新，也须要严谨。

注：本文内容呈现略有调度，若需可查看原文。

改编原文：

Guixing Qiu, Wenjiang Ding, Wei Tian, Ling Qin, Yu Zhao, Lianmeng Zhang, Jian Lu, Daijie Chen, Guangyin Yuan, Chengtie Wu, Bingheng, Ruxu Du, Jimin Chen, Mo Elbestawi, Zhongwei Gu, Dichen Li, Wei Sun, Yuanjin Zhao, Jie He, Dadi Jin, Bin Liu ah, Kai Zhang, Jianmo Li, Kam W. Leong, Dewei Zhao, Dingjun Hao, Yingfang Ao, Xuliang Deng, Huilin Yang, ShaoKeh Hsu, Yingqi Chen, Long Li, Jianping Fan, Guohui Nie, Yun Chen, Hui Zeng, Wei Chen, Yuxiao Lai.Medical Additive Manufacturing: From a Frontier Technology to the Research and Development of Products[J].Engineering,2020,6(11):1217-1221.

作者先容

邱贵兴，骨科学家，中国工程院院士。

长期从事骨科临床、科研和传授教化，尤在脊柱畸形方面做出主要贡献：国际上提出特发性脊柱侧凸的分型——“协和分型”；在国际上首次创造了先天性脊柱侧凸患者最主要的致病基因；研制了自主知识产权的脊柱内固定系统等。

丁文江，轻合金研究专家，中国工程院院士。

长期从事前辈镁合金材料及其精密成形研究，把镁与稀土相结合，开展系统研究，形成中国特色，创建了国家工程中央，凝聚了研发军队，实现了根本研究、运用开拓、工程化和技能转移的良性互动。

田伟，骨外科专家，中国工程院院士。

长期致力于骨科诊疗精准化、微创化、智能化研究及运用，是我国骨科手术导航机器人领域的奠基者和开拓者。
自主研发国际首台通用型骨科手术机器人等产品，并在临床广泛运用。
创始打算机赞助微创脊柱手术理念（CAMISS），创新5种新术式，成为国际手术金标准。
首次创造颈椎术后吞咽困难的发病机制，改造手术理念；提出椎旁骨化新理论，改变人工椎间盘设计方向

张同盟，功能梯度复合股料专家，中国工程院院士。

长期致力于梯度材料的功能创新与设计、制备技能创新与工程化运用，持续研发出具有热应力缓和功能、准等熵加载功能、能量通报与调控功能以及原位防/隔热功能等的梯度材料新构造、新技能，运用于多个国防与民用主要领域。

吕坚，法国国家技能科学院（NATF）院士。

长期从事纳米材料与前辈材料的制备和力学性能、实验力学、材料表面工程和仿真仿照、仿真仿照设计等研究。

卢秉恒，机器工程专家，中国工程院院士。

长期致力于前辈制造技能的研究，紧张开展了增材制造、生物制造、微纳制造与电子制造装备等方面的科研和传授教化事情。
开拓了国际创始的紫外光快速成型机及具有国际前辈水平的机、光、电一体化快速制造设备和一系列快速模具制造技能，发明了农业节水点灌器抗堵构造及其一体化开拓方法。

杜如虚，加拿大工程院院士。

长期从事机器设计与制造、机器人与自动化等。

Mo Elbestawi，加拿大工程院院士。

紧张从事增材制造方面的研究。

赫捷，胸外科专家，中国科学院院士。

长期致力于肺癌、食管癌的外科临床诊治及研究。
善于肺癌、食管癌和纵隔肿瘤的外科手术和微创治疗，特殊是高难度胸外科手术及繁芜并发症处理；同时在肺癌、食管癌等方面的临床、根本及转化医学研究中取得了显著成果。