專精陶瓷研究的台大段維新教授與來自長庚醫院的賴伯亮醫師，以骨填充材料研發獲得兩屆國家新創獎。但因市場競爭者眾，因緣際會下決定開發陶瓷醫材，成功研發出陶瓷頸椎融合器。突破以往材料限制。陶瓷的導入不僅克服鈦合金材料對核磁共振的干擾，也解決了塑膠材料透過X光照射後無法輕易判斷位置的問題。同時，陶瓷與骨骼的融合度佳，可望提升手術效果...

聖經說提到「塵歸塵土歸土」，中國古代也有傳說，女媧以土造人。事實上，構成人類骨骼的主要成分，其實跟陶瓷成分相同，陶瓷也具備比主流的金屬與高分子骨科醫材，更適合作為骨科醫材的優勢。不過，要使用陶瓷來作為骨科醫材，仍有許多待克服的問題。

※雖陶瓷相較金屬與高分子材料更具優勢，但仍有許多限制需要克服。(照片來源：段維新)

陶瓷專家與骨科權威10年合作結晶

台大材料科學及工程學系特聘教授段維新，為台灣的陶瓷材料權威，他與長庚醫院骨科部脊椎科主任醫師賴伯亮，合組團隊，探索將陶土運用於製作骨科醫材的可能。經過十多年的努力，終於找出最佳解。

段維新教授指出，他與賴伯亮最早研發骨科醫材是用量最大的骨填充材料，可說是「Best in class」的產品，與其他既有產品具有更多優點，因而獲得第12屆與16屆國家新創獎。

賴醫師指出，進行脊椎融合手術時，如果有多處需要處理，有時需要釘上骨釘支撐，為避免日後骨釘斷裂滑脫，中間必須填入「人工骨」。人工骨材料有從捐贈的骨庫取出的人骨，也有用陶瓷材料的骨泥填充。

研發先進骨粉獲獎

所以他與段教授先合作研發了以硫酸鈣為主材料的注射型骨植入材料。這款產品不易發熱，不會傷及傷口細胞，同時也會釋出微量有利與骨融合的鈣離子，幫助骨骼融合，是當時市場上「Best in Class」的產品。

不過，他們發現植入性陶瓷骨粉的廠商競爭激烈，雖然需要量不小，但市場已經相當擁擠，不利後進者，就放棄了後續商品化的準備。

於是他們回到當初決定開發陶瓷醫材的起點，思考可以將陶瓷應用在脊椎手術的頸椎融合器上。

研發高強度陶土製作椎蘢

在累積陶瓷骨粉的研發經驗後，段維新的的實驗室，將硫酸鈣的材料進一步改良，讓材料的密度與強度增加，但仍不足以支撐人體的重量，雙方就開始思考將其他陶瓷材質應用於椎間融合醫材的可能。

賴伯亮指出，頸椎融合器就是所謂的「cage」，一般有人稱之為「支架」，也有人稱之為「椎間融合器」，簡稱「椎蘢」。

早期的椎間融合器是金屬材質的鈦合金，但在高分子材質出現後，頸椎融合器就逐漸被高分子聚合物取代。主要原因是鈦合金在病患進行核磁共振等檢查時，很容易造成干擾。此外，金屬硬度比人骨高，很容易陷入骨骼內，形成「骨頭沉降」。

不過，雖然以塑膠為材料的高分子骨融合器不會干擾核磁共振，但進行X光檢查時，高分子材質會照不出來。造成植入後，醫生不易判斷其位置是否正確，日後也不易判斷是否有移位。

陶瓷克服金屬與高分子骨材缺失

雖然部分廠商透過在高分子骨融合器內，包入金屬條來改良，但高分子聚合物與金屬一樣，也不易與骨骼貼合，必須採取一些救濟方式處理。所以他當初才向段維新提議，可以合作研發陶瓷材料的脊椎融合器。

賴伯亮指出，以陶瓷製作骨科醫材，主要好處是不會對檢查造成干擾，無論是核磁共振或Ｘ光，都可以讓醫生看得清楚。此外，陶瓷材質與骨骼的融合度應該是最高的，再搭配相關的手術技術輔助改良，手術的效果會更好。

不過，畢竟骨材進入體內，是否經得起在人體長期且重複的使用，而陶瓷本身也有一些限制，段維新是如何克服這個問題的？

避開應力集中點 發揮陶瓷優勢

段維新指出，「陶瓷畢竟還是陶瓷」，有先天的脆度與硬度問題。但如果可以克服應力問題，就可以讓陶瓷的優勢充分發揮。

在經過思索後，他們在設計上，讓他們的頸椎融合器沒有應力集中點，可避開陶瓷材料的缺點，讓陶瓷取代金屬與高分子，用來製作頸椎融合器材料的設想成真。

比高分子材質更具韌性

根據模擬結果，同樣應力施作於他們設計的頸椎融合器，可以有效降低剪切應力達27.5%。

段維新指出，目前也有國外廠商注意到陶瓷應用於骨科醫材的潛力。不過，對椎間融合器而言，韌性是其中的關鍵。經過比對，這家先行者的產品，韌性表現遠遠不如團隊的產品，強度較他們團隊使用的材料高2成左右，但對於支撐重量要求較低，且受到較好保護的頸椎融合器而言，強度並非重點。凸顯其產品的競爭優勢。

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