3D打印机在生物医疗领域的应用解析3D打印机在生物医疗行业的运用分析

从1988年第一台3D打印机问世到现在，3D打印仿佛已然变成了1个炙手可热，耳熟能详的名词，还被誉为是“第三次产业反动的首要标注之一”。可是许多人对它的印象也许仅停顿在“仿佛甚麽高难的建材都能打印出来”的观念上。但实际上，在过去的十几年里，3D打印已不再限于于制造业，它在药物领域也扩展得非常迅猛，各项有前景的运用接踵而至，此次本文便来简洁讲讲3D打印及其在药物领域中的运用情况。

第一台3D打印机

一、3D打印的型号

3D 打印技术是20时代80年代后续开始渐渐兴起的一项新兴制造技术，它是指在计算机操控下，依据物体的计算机辅助设计（CAD）模型或计算机断层扫描（CT）等信息，通过原料的准确3D聚积，迅速制造任意高难外形3D物体的新式数字化成型技术 。

现在运用较多的 3D 打印技术首要含盖光固化立体印刷（SLA）、熔融沉积成型（FDM）、选取性激光烧结（SLS）和三维喷印（3DP）等。

1、立体光固化成型打印

立体光固化成型 SLA（stereo lithographyappearance），即用特定波长与强度的激光聚焦到液态的光固化原料外表，使之由点到线，由线到面的次序凝结，完结1个层面的画图功课。接着再移动光波至另1个层面，层层叠加组成1个三维实体。

2、熔融沉积成型打印

熔融沉积成型FDM(Fused DepositionModeling)工艺是通过将丝状原料，如热塑性塑料、蜡或金属的熔丝从加热的喷嘴挤出，根据零件每一层的预约轨迹，以固定的速度进行熔体沉积。每完结一层，工作台下落1个层厚进行迭加沉积新的一层，这样频频终极实行零件的沉积成型。FDM 工艺的主要是维持半流动成型原料的热度恰好在熔点之上 ( 比熔点高 1?C左右)。其每一层片的厚度由挤出丝的直径决议，往往是0.25~0.50mm。

3、选取性激光烧结打印

选取性激光烧结法 SLS（Se1ected Laser Sintering），采取红外激光器作能源，应用的外型原料多为粉末原料。加工时，首先将粉末预热到稍低过其熔点的热度，接着在刮平棍子的功效下将粉末铺平 ；激光束在计算机操控下依据分层截面数据进行有选取地烧结，一层完结后再进行下一层烧结，整个烧结完后去掉多余的粉末，则就阔以获得一烧结好的零件。

4、三维喷墨打印

三维喷墨打印是通过将液态连结体铺放在粉末薄层上，以打印横截面信息的方法逐层创立各部件，创立三维实体模型。采取这类技术打印成型的样品模型与实际成品拥有一样的颜色，还能以将彩色解析结果直接刻画在模型上，模型样品所传播的数据较大。 三维喷墨打印的原料首要是许多高功能复合原料（高强打印粉）。现在，三维喷墨打印机是市场上精度最高，成型成效最佳的高端打印设施。

二、3D打印的好坏势

优势：

（1）打印精度高。现在上市的主流3D打印机精度根本操控在0.3 mm下列，少数精度很高的可实行600 dpi的辨别率，打印厚度唯独0.01 mm。

（2）制造周期短。3D打印可在数小时内迅速准确地将计算机中的数字模型打印出来。

（3）满足个性化需要。理论上讲，3D 打印机能打印出计算机设计的所有外形的模型。

（4）节约原料。3D打印因其增材制造的特征在制造中不会形成边角料，通过摒弃制造线减低了本钱，提升了原料借用率。

劣势：

（1）打印精度受限。3D 打印技术成长到如今，固然有了较高的精度，但还不可实行许多特殊精密成品的打印，如拍照机镜头等。

（2）应用原料范畴有限。基于现在 3D 打印机的成型原理，仅可应用金属粉末、无机粉料、光敏树脂、塑料等，像衣服纤维如此的特殊原料还显得无能为力。

（3）打印尺寸受限。3D 打印运用范畴固然全面，但对军工、航空航天和航海等行业所须要的大尺寸零部件来说临时还难以实行。

三、3D 打印技术在药物行业的运用

跟着 3D 打印技术的成长和成熟，它在医学模型制造、组织器官再生、临床恢复医治和医药研究实验等行业也获得了全面运用。

1、 医学模型制造

医学模型在根基医学和临床试验教学中的用处非常全面，用量也大，可是用传统方式制造医学模型程序高难、周期长，在应用流程中极易毁坏。借用 3D 打印制造医学教学器具、医疗试验模型等用品不单以免了上述问题的显现，同时还能以依据实际须要对许多特殊模型实行个性化制造。

而针对危害较大的手术，为了确保医疗手术的安全施行，医师会依据病变器官模型进行解析计划以确认首要的手术计划。借用 3D打印技术对原料进行准确操控的好处可迅速制备出高品质的器官模型，辅助医师进行精确的手术计划、提高手术的顺利率，又便利医师与患者利市术计划进行直观的沟通。

举例：

美国一家医院顺利地为一对连体双胞胎婴儿施行了脑袋分离手术，此中引人瞩目的是手术前医院采取了以色列Obeject企业的三维打印体制作出准确的连体脑袋。据此进行了缜密的手术计划研发，使手术顺遂进行，只用了22h，而往常相相似的手术则长达72h。

连体脑袋模型

2、 细胞的制备

近年来，研发者已开始全面存眷细胞的3D打印技术，如通过携带细胞进行3D打印而直接制备植物器官、组织的方式。此技术的好处在于通过对加工流程的准确操控优势，调整细胞在微观尺度上的摆列状况，以实行对单个细胞的言行和细胞间的互相功效（细胞与细胞、细胞与原料）进行操控，进而促成细胞生成具有各类性能的组织，为医疗手术及术后修复供应方便。

3D打印的细胞生长成的肌肤状片层构造

3、 3D打印组织器官

身体组织器官代替物始终是临床医学上的1个难题，许多患者为此而丧失生命，且身体组织器官替代物对原料的需要较高，实行难度大。但跟着科学技术的成长，3D 打印身体器官已然变成也许。

举例：

加州大学胜地亚哥分校（UCSD）借用自行研制的数字光处置（DLP）3D打印机，他们顺利打印出了高难的血管网络，而此网络在被植入小鼠体内后竟然顺利与后者的血管体系实行了交融，以及体现出了常态的性能。

UCSD队伍借用3D打印的5毫米大的血管网络

另外还能借用 3D 技术打印身体肝脏、肾脏和特定细胞组织用来新药测验，不单阔以真正模仿身体对医药的反应，获得确切的测验成效，况且还可在较大程度上减低新药的研究本钱。

4、3D打印植入物

3D打印技术用来制造骨科植入物，可有效减低定制化、小大量植入物的制导致本，且这类植入物可以更好地步入身体，改进对患者的医治成效。近年来，医疗领域已越来越多地采取金属3D打印技术来设计和制造医疗植入物。

举例：

澳大利亚联邦科学与产业研发组织（CSIRO）、墨尔本医疗植入物企业Anatomics和英国医师联手，为一名61岁的英国患者Edward Evans施行了3D打印钛-聚合物胸骨植入手术，这也是世界独创。此前这类植入物通常都会用纯钛制造，新式胸骨植入物可以比此前的纯钛植入物更好地辅助重建身体内的“坚固与柔嫩组织”。

应用3D打印制造的钛-聚合物胸骨

5、3D打印医药

3D打印技术的优势在于个性化制备高难构造，因而用来制药时阔以实行剂量、外表、口感等的个性化定制，同时由于3D打印的“药片”可具有特殊的微观构造，有助于改进医药的宣泄言行，进而提升疗效并减低副功效。

举例：

美国制药企业Aprecia顺利地运用了3D打印技术，将医药的活性和非活性成份层层摆放，开发出了世界上第1个3D打印的药品 —— Spritam（化学名为：左乙拉西坦），这是一类用来医治癫痫的医药。这类用医药粉末打印出来的药丸具有多孔的构造优势，在接触到水后可以快速溶解，能更快更好地施展效力，以应付突如其来的抽搐。

Aprecia借用3D打印制造的SPRITAM（左乙拉西坦）片剂

固然技术也须要持续改善，在新原料行业也须要更多的研发，但不可承认3D打印是现在医药制造的一类可行方式。但现在3D打印医药最大的战斗并非在于技术自身，而是监管环境。假设将药品投放市场但没有严密的监管需要，那么就很难确保它的安全有效性。

作为一项新兴科技工业，3D 打印技术在医疗行业形成了长远影响，推进了医疗卫生事业的迅速成长。但现在来看，3D打印医用原料的各项技术仍未成熟，若想真实实行3D打印大范畴应用在药物行业，还有一段很长的路要走。但相信跟着3D打印技术在程序并且机器方面的迅速成长，机会也会随之显现。