打印技術在生物醫學領域的運用

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【摘要】3D打印技術能夠進行個性化定制，給生物醫學領域帶來了新的技術突破。本文首先概述了3D打印技術，之后就其在生物醫學領域的應用和發展前景展開了論述。

【關鍵詞】3D打印技術；生物醫學領域；應用；發展

1引言

19世紀末就已經出現了3D打印思想，但真正將其付諸實踐是在20世紀80年代。經過30多年的發展，3D打印技術已經獲得了長足的進步，并以其獨特的制造模式改變著傳統的生產方式，且有望實現一體化、個性化、社會化、可視化的生產方式，為社會帶來新的經濟增長點。當前，3D打印技術已被廣泛地應用于制造業、生物醫學、航空航天等社會各領域，極大地推動了第三次科技革命的發展。3D打印技術就是通過精確控制將原本虛擬的模型轉變為現實的物品。如果將其應用至生物醫學領域，對組織再生工程、藥物傳輸、術前治療計劃確定等方面將會產生不可估量的影響。

23D打印技術概述

3D打印技術又被稱為3D快速成型技術、添加制造技術或者增材制造技術，主要是以物體的數字化信息為基礎，經由計算機控制，將數字模型打印為用粉末狀金屬或者塑料等材料層層堆疊的三維實體。目前，依據沉積方法和使用材料的不同，3D打印技術可分為以下幾類。一是分層實體成型，簡稱LOM。該技術主要采用紙、金屬箔、塑料薄膜等材料，并將這些材料依次切割、膠合，如此反復直至成型。其特點是原材料價格較低，制作成本低。二是熔融沉積成型，簡稱FDM。該技術主要使用塑料纖維或者金屬絲等熱塑性材料，并將原材料加熱至熔融狀態，之后將其擠壓于工作臺上，待其冷卻就會形成一層截面，如此重復操作直至三維物體成型。其特點是污染較小、操作簡便、材料可重復利用。三是立體光固化成型，簡稱SLA。該技術主要采用液態光敏樹脂材料，將特定波長和強度的激光聚焦至材料表面，使其按照一定順序固化成型。因此，該技術的缺點是要求原材料是光敏材料，造價較高，且維護成本不菲。其優點是速度較快，不需要切削工具和相關模具。四是選擇性激光燒結成型，簡稱SLS。該技術運用激光將固體粉末進行分層燒結，并逐層疊加直至成型。五是電子束自由成型制造，簡稱EBF3。該技術主要采用電子束來溶化金屬絲，最終制成零件。其主要優點為所需原材料較少且后續需要處理的事情較少。

33D打印技術在生物醫學領域的應用

3.1組織再生工程

目前臨床的一大難題就是人體器官的移植。一方面是因為一時之間很難找到非常合適的捐獻器官，另一方面是因為捐獻器官與移植人之間可能會出現排斥反應。而3D打印技術的出現為人造人體組織器官帶來了突破。不同于傳統的組織再生工程，3D打印技術能夠實現個性化定制，依據患者的實際情況進行復雜、精密的組織再造，如耳廓、股骨頭等；運用計算機進行精確操控，實現快速高效的標準化操作；為人體缺損的部位提供三維立體支架材料，使組織細胞能夠在支架材料上粘附生長，減少與機體的排斥性。在此方面，國內外已經出現了不少成功的案例。例如，以負載人體脂肪干細胞的水凝膠為材料制造出新型人耳支架；以負載成纖維細胞與角化細胞的膠原為材料，可促使皮膚組織再生；以3D打印技術制造的水凝膠管道模型可以誘導其周圍的毛細血管形成微血管床等。3D打印技術目前已經可以使生物活性分子或者細胞附著在組織支架材料上實現組織再生，并在血管、皮膚組織工程方面有了較大突破，同時在個性化器官打印方面也有著廣闊的應用前景。

3.2藥物傳輸系統

理想狀態下的藥物輸送系統能夠盡可能地減少副作用，并保持藥效的穩定。若將3D打印技術引進此系統，則不僅能夠根據實際要求進行不同孔徑的三維立體藥物載體的制備，還能將其植入支架材料實現對藥物的直接負載，直接促進組織再生。例如，在聚乳酸基材中混合呋喃妥因與羥基磷灰石材料，并利用3D打印技術制備出緩釋片劑，使其能夠有效地抑制金黃色葡萄球菌的生長，實現了給藥緩釋系統的個性化定制；復合負載血管內皮生長因子VEGF的明膠微粒和3D打印支架材料，使VEGF能夠在植入部位起到緩釋的作用，并促進植入部位的血管生成等。

3.3術前治療計劃確定

3D打印技術可以快速且精確地復制復雜模型，從而達到速度和質量的統一。在外科手術之前，通過CT掃描和3D打印技術將缺損部位通過模型直觀、精確地展現出來，為醫患間的溝通交流提供了便利，同時也有助于醫生在模型上進行術前設計和模擬，由此提升手術的精確性。將數字化設計和3D打印技術結合在一起，不僅有利于術前的精確模擬，還能提升術后療效判定的準確率。

43D打印技術在生物醫學領域的發展前景

3D打印技術目前已然成為生物醫學領域的一大研究熱點，有著廣闊的發展前景。其一大優勢就是制造出的支架可以與缺損部分實現個性化匹配，使原位修復成為可能。隨著科技的發展，多噴頭3D打印技術出現，為新一代生物仿生材料的制作提供了技術支持。但3D打印技術在打印構建物成型、營養傳輸、血供和長期存活等方面同樣面臨著不小的挑戰，還需研究者進一步攻堅克難。但是總體來看，3D打印技術會在生物醫學領域有著更為廣泛的應用，為人類醫學做出更大的貢獻。

【參考文獻】

[1]張健豪，王燮辭，武文芳.3D打印技術在醫學中的應用[J].醫學教育管理，2017，3(04):323-326.

[2]馬瑞宏.3D打印技術在生物醫學領域的應用之我見[J].當代化工研究，2019(01):198-199.

作者：陳明 張麗 盧萬鵬 楊雁 單位：安徽醫科大學