第六节 3D打印

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第六节

3D打印

一、概述

3D打印又称三维打印，是指快速成形技术的一种。

它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。

1．需求分析

医疗领域是3D打印技术应用最多的领域之一，仅2012年的产能占全球产值的16.4%。

据国外媒体报道，美国科学家已用一台3D打印机制造出一个肾脏原型。

在我国，2013年杭州电子科技大学等高校的科学家自主研发出的生物材料3D打印机已成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元等。

目前，有人提出了“3D打印生命阶梯”

的预想：底层是无生命的假肢；中间是简单的活性组织，如骨骼；简单组织之上是静脉和皮肤；最靠近阶梯顶层的是复杂且关键的器官，如心脏、肝脏和大脑；顶层是完整的生命单位。

3D打印技术在医学领域发展空间巨大的主要原因有：①全球医疗领域的开销巨大，为3D打印技术提供了潜在的发展空间；②医疗行业个性定制化需求显著，3D打印技术以其个性化制造能力与病体需求的差异性充分结合，在人工假体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应；③相对其他领域来说，3D打印技术在医疗行业的应用更具有经济性。

2．组织形式

3D打印在医疗生物行业的应用主要有以下三个方面：

（1）体外医疗器械制造：

体外医疗器械，包括医疗模型、诊疗器械、康复辅具、假肢、助听器、齿科、手术导板等。

根据美国组织AmputeeCoalition的统计，目前美国正有约200万人使用3D打印假肢。

（2）个性化永久植入物：

使用钛合金、钴铬钼合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料通过3D打印对人体身体部位进行复制，包括骨骼、软骨、关节、牙齿等部件通过手术植入人体。

在国内，3D打印“骨骼”

技术已于2013年被正式批准进入临床观察阶段。

（3）3D生物打印：

3D生物打印属较为前沿的研究领域，即使用含细胞和生长因子的“生物墨水”

，结合其他材料层层打印出产品，经体外和体内培育，形成有生理功能的内脏及人体组织。

二、场景

以3D生物打印为例。

1．器官的结构设计

通过三维成像或超声的方法，对人体器官进行精确的测量，以便打印出与目标器官形状、大小及内部结构相近的3D器官。

2．把原材料放进3D打印机中

3D生物打印机所需的“墨水”

，是含有细胞的“生物墨水”

。

首先，从人们的骨髓或脂肪中提取出干细胞，再通过生物化学手段，使它们分化成不同类型的其他细胞。

随后，这些细胞将被封存成“墨粉”

，每一滴“墨粉”

里可能包含1万～3万个细胞；3D生物打印机所需的“纸”

，是一种内含细胞的生物水凝胶，可用作细胞生长的支架。

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