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廢棄牡犡殼未來將可化身人工骨粉,成為生醫材料市場新興原料

2018/10/11

廢棄牡犡殼未來將可化身人工骨粉,成為生醫材料市場新興原料

 廢棄牡犡殼因為無法回收而被隨意棄置,致發出惡臭、孳生蚊蟲而成為環境汙染問題,高雄大學化學工程及材料工程學系教授何文福,運用生醫材料開發專長,將廢棄牡蠣殼變成人工骨粉,並製造出類似人骨結構,具有商業化潛力,可望搶攻每公斤600萬元的化學合成人工骨粉市場。

 廢棄牡犡殼問題多,該如何點殼成金

 牡蠣為臺灣西部沿海重要養殖產業,過去牡蠣取肉後留下的廢棄蚵殼因無法回收而被隨意棄置,以致於發出惡臭、孳生蚊蟲而成為環境汙染源,為解決這些廢棄牡犡殼問題,政府曾開發牡犡殼用於雞鴨飼料中,但附加價值低,每公斤售價僅有2元左右。

 何文福長期研究開發生醫材料,幾年前他與研究生到臺灣養蚵重鎮彰化王功出遊,發現王功海邊有許多棄置的牡蠣殼,因而思考是否能運用牡蠣殼中的鈣開發生醫材料。何文福表示,鈣是骨頭組成元素之一,或許可以運用廢棄牡犡殼製成人工骨粉。

 農委會去年推動農業生物經濟產業國際化與永續發展計畫方案,期望能結合專家的研究能力,改善環境生態破壞及廢棄物循環,邁向永續農業,因此何文福與中臺科技大學牙體技術暨材料系(下稱牙技系)合作「利用牡蠣殼粉開發人工骨粉之製程技術研發」,結合前端生醫材料製程與後端生物材料性檢測,打造可運用在人體上的生醫材料。

類似人工骨骼結構,可望成為人工骨粉新選擇

 傳統臨床使用的骨粉主要有四大來源,分別為自體骨、異體骨、動物骨及化學合成,自體骨就是自己的骨頭,而異體骨則來自於親屬,過去臨床上會使用牛骨、豬骨等動物骨製成骨粉,但受到狂牛症及口蹄疫等動物疾病影響,動物骨有疾病傳染疑慮,因此近年以化學合成人工骨粉為最大宗骨粉來源,目前每公斤售價大約600萬元。

 何文福表示,國內較少運用天然貝殼類等作為人工骨粉原料,國外曾嘗試使用珊瑚作為骨粉原料,不過野生珊瑚有保育問題,若需要透過人工生產珊瑚,還會有養殖成本及時間等問題。

 何文福認為,以生物相容性來說,從天然動植物取得材料會比化學合成好,不太需要特別培養材料,使用牡蠣殼製成人工骨粉,除了能解決廢棄物問題,達到循環經濟目的外,更重要的是牡犡殼粉合成的人工骨粉具有似人骨結構特性。

 研究團隊目標要合成「仿生結構」的人工骨粉,不管晶體形貌、成分結構都要接近人骨結構,剛好牡犡殼粉具備該優點,而且牡蠣殼還含有鈉、鎂...等多種微量元素,這都是骨頭成長的必須元素,化學合成的人工骨粉無法相比。

從珍珠層到全殼利用,提高良率成為首要目標

 牡犡殼開發生醫材料這段路相當艱辛,由於牡犡殼相當堅硬難以處理,何文福剛開發生醫材料時,只能運用牡犡殼內部的珍珠層,得先取出珍珠層再進行合成,但人力投入時間過多,對於商業化相當不利,在這次計畫中,他改善製程,讓牡犡殼達到全殼利用。

 何文福表示,廢棄牡犡殼取回實驗室後,會先經過清洗乾淨、搗磨成粉、用水溶解、加熱合成等步驟,有別於過去使用化學藥劑溶解、合成,現在強調「綠色製程」。

 不過他苦笑著說,把牡犡殼製成人工骨粉並沒有想像中簡單,只要製作過程有一個失誤,就算材料成分沒改變,但做出來的性質就會不如預期,因此正針對每個製作步驟調整最佳參數,提高良率。

鎖定牙科醫材,切入生醫材料市場

 牡蠣殼粉製成人工骨粉需要建立一套專業製程外,更重要的是得經過生物相容性、細胞毒性檢測、動物實驗等多項檢測流程,才能將人工骨粉應用在人體上。

 研究團隊評估生醫材料的開發費用及實驗項目,決定先從牙科切入市場,何文福指出,人工骨粉本來就是臨床使用的材料,只是原料從化學合成物質轉變為牡蠣殼粉,檢測項目與投入金額都會比新型醫材少,若投入骨科醫材,可能還得考量硬度、強度跟材料孔洞等問題,因此先將目標鎖定在牙科醫材。

 何文福說,牡蠣殼人工骨粉攤提開發、檢測、設備、認證等費用,每公斤成本大約為2萬元左右,附加價值相當高,具商業潛力。

 何文福表示,去年牙技系使用開發出的人工骨粉進行一系列細胞培養,整體表現比臨床使用的化學合成人工骨粉好,團隊會持續做細胞實驗,確定能通過所有基礎細胞實驗後,將送到TAF(財團法人全國認證基金會)認證實驗室進行相關檢測,為商業化做好準備。

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想更進一步了解此專案研發成果細節,請逕洽財團法人農業科技研究院黃小姐,電話:03-5185075,信箱:1072035@mail.atri.org.tw

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