打印技术在生物医学领域的运用

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【摘要】3D打印技术能够进行个性化定制，给生物医学领域带来了新的技术突破。本文首先概述了3D打印技术，之后就其在生物医学领域的应用和发展前景展开了论述。

【关键词】3D打印技术；生物医学领域；应用；发展

1引言

19世纪末就已经出现了3D打印思想，但真正将其付诸实践是在20世纪80年代。经过30多年的发展，3D打印技术已经获得了长足的进步，并以其独特的制造模式改变着传统的生产方式，且有望实现一体化、个性化、社会化、可视化的生产方式，为社会带来新的经济增长点。当前，3D打印技术已被广泛地应用于制造业、生物医学、航空航天等社会各领域，极大地推动了第三次科技革命的发展。3D打印技术就是通过精确控制将原本虚拟的模型转变为现实的物品。如果将其应用至生物医学领域，对组织再生工程、药物传输、术前治疗计划确定等方面将会产生不可估量的影响。

23D打印技术概述

3D打印技术又被称为3D快速成型技术、添加制造技术或者增材制造技术，主要是以物体的数字化信息为基础，经由计算机控制，将数字模型打印为用粉末状金属或者塑料等材料层层堆叠的三维实体。目前，依据沉积方法和使用材料的不同，3D打印技术可分为以下几类。一是分层实体成型，简称LOM。该技术主要采用纸、金属箔、塑料薄膜等材料，并将这些材料依次切割、胶合，如此反复直至成型。其特点是原材料价格较低，制作成本低。二是熔融沉积成型，简称FDM。该技术主要使用塑料纤维或者金属丝等热塑性材料，并将原材料加热至熔融状态，之后将其挤压于工作台上，待其冷却就会形成一层截面，如此重复操作直至三维物体成型。其特点是污染较小、操作简便、材料可重复利用。三是立体光固化成型，简称SLA。该技术主要采用液态光敏树脂材料，将特定波长和强度的激光聚焦至材料表面，使其按照一定顺序固化成型。因此，该技术的缺点是要求原材料是光敏材料，造价较高，且维护成本不菲。其优点是速度较快，不需要切削工具和相关模具。四是选择性激光烧结成型，简称SLS。该技术运用激光将固体粉末进行分层烧结，并逐层叠加直至成型。五是电子束自由成型制造，简称EBF3。该技术主要采用电子束来溶化金属丝，最终制成零件。其主要优点为所需原材料较少且后续需要处理的事情较少。

33D打印技术在生物医学领域的应用

3.1组织再生工程

目前临床的一大难题就是人体器官的移植。一方面是因为一时之间很难找到非常合适的捐献器官，另一方面是因为捐献器官与移植人之间可能会出现排斥反应。而3D打印技术的出现为人造人体组织器官带来了突破。不同于传统的组织再生工程，3D打印技术能够实现个性化定制，依据患者的实际情况进行复杂、精密的组织再造，如耳廓、股骨头等；运用计算机进行精确操控，实现快速高效的标准化操作；为人体缺损的部位提供三维立体支架材料，使组织细胞能够在支架材料上粘附生长，减少与机体的排斥性。在此方面，国内外已经出现了不少成功的案例。例如，以负载人体脂肪干细胞的水凝胶为材料制造出新型人耳支架；以负载成纤维细胞与角化细胞的胶原为材料，可促使皮肤组织再生；以3D打印技术制造的水凝胶管道模型可以诱导其周围的毛细血管形成微血管床等。3D打印技术目前已经可以使生物活性分子或者细胞附着在组织支架材料上实现组织再生，并在血管、皮肤组织工程方面有了较大突破，同时在个性化器官打印方面也有着广阔的应用前景。

3.2药物传输系统

理想状态下的药物输送系统能够尽可能地减少副作用，并保持药效的稳定。若将3D打印技术引进此系统，则不仅能够根据实际要求进行不同孔径的三维立体药物载体的制备，还能将其植入支架材料实现对药物的直接负载，直接促进组织再生。例如，在聚乳酸基材中混合呋喃妥因与羟基磷灰石材料，并利用3D打印技术制备出缓释片剂，使其能够有效地抑制金黄色葡萄球菌的生长，实现了给药缓释系统的个性化定制；复合负载血管内皮生长因子VEGF的明胶微粒和3D打印支架材料，使VEGF能够在植入部位起到缓释的作用，并促进植入部位的血管生成等。

3.3术前治疗计划确定

3D打印技术可以快速且精确地复制复杂模型，从而达到速度和质量的统一。在外科手术之前，通过CT扫描和3D打印技术将缺损部位通过模型直观、精确地展现出来，为医患间的沟通交流提供了便利，同时也有助于医生在模型上进行术前设计和模拟，由此提升手术的精确性。将数字化设计和3D打印技术结合在一起，不仅有利于术前的精确模拟，还能提升术后疗效判定的准确率。

43D打印技术在生物医学领域的发展前景

3D打印技术目前已然成为生物医学领域的一大研究热点，有着广阔的发展前景。其一大优势就是制造出的支架可以与缺损部分实现个性化匹配，使原位修复成为可能。随着科技的发展，多喷头3D打印技术出现，为新一代生物仿生材料的制作提供了技术支持。但3D打印技术在打印构建物成型、营养传输、血供和长期存活等方面同样面临着不小的挑战，还需研究者进一步攻坚克难。但是总体来看，3D打印技术会在生物医学领域有着更为广泛的应用，为人类医学做出更大的贡献。

【参考文献】

[1]张健豪，王燮辞，武文芳.3D打印技术在医学中的应用[J].医学教育管理，2017，3(04):323-326.

[2]马瑞宏.3D打印技术在生物医学领域的应用之我见[J].当代化工研究，2019(01):198-199.

作者：陈明 张丽 卢万鹏 杨雁 单位：安徽医科大学