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第六节 3D打印（第2页）

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。

3．软件建模并完成一系列切片

通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分割”成逐层的截面，进而指导3D打印机逐层打印。

4．打印

电脑将切片信息传送到3D生物打印机中，打印机开始打印。当“墨粉”通过打印头出现在适当的部位后，通过生物水凝胶进行固定，直到制造出一个器官的雏形。

5．在培养皿中进行器官培养

由于“墨粉”和胶水的粘合还不够牢固，它不能被立刻使用。这一被3D生物打印机创造的器官将被放入特定的培养皿里，在各类细胞生长因子的刺激下，实现组织结构和生理功能的完整，直至符合人体移植的要求。

6．手术移植

由医生将培养成熟的器官植入人体内。

三、分析

1．优势特点

（1）满足个体化、精准化医疗的需求：

3D打印技术为构建和修复组织器官提供新的临床医学技术，推动了外科修复整形、再生医学和移植医学的发展。使用3D打印技术可以扩大器官的制造规模，解决全球移植组织或器官不足的难题。此外，对人体身体部位和器官组织的复制是高度定制化的产品，以骨骼为例，当人体的某块骨骼需要置换，可扫描对称的骨骼，再打印出相应的骨骼。移植的器官也是由自身细胞发育而来，可以与身体完全契合，不会出现排斥反应。

（2）提高生产率和降低生产成本：

3D打印技术具有因人制宜、就地制作、不限数量、节约成本的特点。过去，我们只能采购供应商提供的产品或定制加工，而利用3D打印无需机械加工或任何模具，就能通过计算机图形软件生成任何形状的产品，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率并降低生产成本。杭州电子科技大学的徐铭恩教授说：“生物3D打印机打印一只耳朵，按照大小需要半小时至一小时，打印一张脸需要4小时。”英国公司Fripp在一小时内可打印150只假眼；医学可穿戴设备创业公司RestDevices2011年花费约2000美元购买了一台3D打印机后，每年节省的资金远超过25万美元；旧金山加州大学DerisiLab的实验室主任JenniferMann指出：“通过使用3D打印机来定制或制作目录中更贵的项目，实验室每年能节省约6000美元。”

（3）在医学研究和药物开发领域具有广泛前景：

3D生物打印技术为再生医学、组织工程、干细胞和癌症等生命科学和基础医学研究领域提供新的研究工具。当前美国Organovo公司已将3D打印技术培养的人体肝脏组织用于毒理预测学和疾病建模。此外，3D生物打印应用于药物筛选技术和药物控释技术，将对药物开发产生深远影响。通过用3D打印出的可长时间存活的人体器官组织来检测药物试验效果，不仅有利于产生更加精确的研究结果，缩短临床药物研发周期，还可避免潜在的人体试验损害。

2．存在问题

（1）与干细胞培养技术的结合：

离开人体环境，细胞是脆弱的，打印成型的组织从打印机上剥离之后，活的细胞体会逐渐死亡。目前限制3D打印技术在医学领域发展的最大障碍仍然是如何制造出为生命提供氧气和营养物质运输的血管系统，让干细胞按人们的意愿进行分化，最终得到结构和功能与原先器官均相似的产品。这个难题需要工程师、生物学家、医学家、神经学家等一起研究攻克。

（2）成本问题与政策保障：

目前我国的3D打印技术仍处于起步阶段，技术还欠成熟，核心技术多数都在国外，我国医疗行业使用的3D打印机和金属打印材料多数依赖进口。在产品价格方面，国外3D打印机设备和材料的价格十分昂贵，用于制造器官模型的3D打印机售价在120万～300万美元，打印金属制品的设备价格则在350万～1500万元人民币左右，很多医院和机构难以承担。此外，我国的3D打印技术也缺少政策上的支持，如鼓励使用并推广这项新技术、鼓励创新和临床转化、加强行业管理和规范等。

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