3D打印技术：生物科技与新能源技术的结合

黄芩

3D打印技术：生物科技与新能源技术的结合

黄芩

目前生物质已成为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，约占全球总能耗的14%。充分利用现代新技术，将生物质能进行转换,对于建立可持续发展的能源体系,促进社会和经济的发展以及改善生态环境具有重大意义。

在此基础上，3D打印生物技术应用而生。

3D打印技术在医学领域的研究，国际上和国内都是近几年才开始，国内与国外的差距并不大，对于我国来说,基础研究已跻身第一梯队，应用研究逐渐成熟，但仍面临诸多困难，产业化尚待时日。

从上世纪90年代初开始，我国便在国家自然科学基金委和国家科技部的支持下开始了3D打印的研究。在科技部多个五年计划的持续支持下，华中科技大学、西安交通大学、清华大学、北京航空航天大学、西北工业大学等一批科研院所开展了几乎所有主流的3D打印技术研究。但国内从事3D打印技术研发的科研团队或企业中，基本上都是在金属材料或非生物非金属材料的领域，将研究重点聚焦在3D生物打印领域上的还是比较少。同时从另一个方面看，3D打印技术在医学领域的研究，国际上和国内都是近几年才开始，国内与国外的差距并不大。

1.基础研究：已跻身第一梯队

在我国，对于3D生物打印的基础性研究，主要在一些大学的研究中心进行。提到国内的3D打印，就不能不提到一个人――颜永年。颜永年，第一任清华大学材料成形制造自动化研究所所长和第一任清华大学生物制造研究所所长，被业界誉为“中国3D打印第一人”。2012年10月，颜永年教授被推举为中国3D打印技术产业联盟首席顾问。颜永年将制造科学引入生命科学领域，提出了“生物制造工程”（Organism ManufacturingEng.）学科概念和框架体系，为制造科学发展提出了一个新的方向。颜永年的团队在组织工程、载体支架的3D生物打印方面进行了深入地探索。

对于生物制造，这一3D打印最前沿的领域，颜永年教授认为，基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺，是生物制造中最为核心的技术，其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成形和制造。细胞直接三维受控组装，使人类可以按照器官解剖学的数字模型，通过控制单个细胞和细胞团簇的3D组装,最终实现可整合于人体新陈代谢系统,用于修复和替代病损组织和器官的人造器官。

2013年8月，一个标志性的事件在业界引起了很大的轰动，从而将国内在生物制造领域的研究推向了前台。杭州电子科技大学徐铭恩教授宣布：他带领的团队研发成功了国内首款3D生物打印机。这台国内首款生物3D打印机的成功研制意味着我国3D生物打印的研究已进入了世界先进水平行列，在国际舞台上已可以和美国的Organovo公司等3D生物打印先驱同台竞技。

2.应用研究：逐渐成熟，但仍面临诸多困难

对于3D生物打印的临床应用研究，其实在我国很早就开始进行了。早在2001年，我国就成功完成了国际上第一例将3D打印技术用于颌面的修复。但我国现有的监管制度不完善、打印成本较高及一系列技术难题有待攻克等因素使得3D打印技术在生物医疗领域的应用仍面临很多困难。

在3D生物打印的应用研究方面，华南理工大学的杨永强团队具有一定的代表性，做了很多有益的探索。华南理工大学杨永强教授所带领的研究团队自2001年左右开始研究3D打印技术，在牙科的牙冠固定桥、个性化舌侧托槽、膝关节的假体、外科手术导板以及植入体等方面都有涉及。

以采用3D打印技术制作烤瓷牙为例，德国的设备一次能直接制作200-250个牙冠，杨永强团队研发的设备能做100多个，但价格只有德国设备的四分之一到五分之一。杨永强的团队目前正在研究打印手术导板技术，目前已经做了20余种外科手术导板。另外他们在多孔骨和植入体方面也做过一些尝试，比如模仿髋关节打印的“金属骨头”，力度和骨骼非常接近。

3D打印快速、个性化、小批量和高精度的特点是这种技术应用于医疗领域的优势所在，但生产成本高、打印材料的欠缺、移植后机体免疫排斥等一系列技术问题使得3D生物打印在从定制化产品走向大规模临床应用，还存在着很多障碍。不少业内人士呼吁，3D生物打印前景广阔，政府应出台相应的扶植政策，同时监管部门也应更新监管思路，积极应对新技术带来的生产模式的变革。

3.产业化尚待时日

2013年4月，国家863计划中首次将3D打印选入，并拟拨不超过4000万的专项研究基金。同时，各级地方政府对于发展3D打印产业有着很高的积极性。当前我国3D打印产业主要形成了北京、湖北、陕西和江苏4个产业区域。其中，首个3D打印工业园将落户武汉东湖高新区，武汉市发改委等部门针对3D打印产业积极着手编制规划并予以扶持培育。

为打破目前3D打印产业化发展道路上的僵局，一些地方政府的做法非常值得借鉴。目前，南京、成都、珠海等地纷纷成立了3D打印技术产业创新中心。以成都为例，2013年4月，成都成立了西部地区首个3D打印产业技术创新联盟，覆盖产学研一系列产业链。作为3D打印产业集群协同创新的公共平台，该联盟将以成都市的制造企业为主体，由高等院校、材料研发企业和机构、工业设计企业、科研院所、3D打印服务应用提供商等联动。联盟成员将通过开展产业集群协同创新，力争突破一批核心关键技术、掌握一批自主知识产权、形成一批战略性新兴产品，实现3D打印产业的全链突破。

（作者单位：安徽省铜陵市第一中学）