3D打印技術(shù)：生物科技與新能源技術(shù)的結(jié)合

黃芩

3D打印技術(shù)：生物科技與新能源技術(shù)的結(jié)合

黃芩

目前生物質(zhì)已成為僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，約占全球總能耗的14%。充分利用現(xiàn)代新技術(shù)，將生物質(zhì)能進(jìn)行轉(zhuǎn)換,對(duì)于建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系,促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及改善生態(tài)環(huán)境具有重大意義。

在此基礎(chǔ)上，3D打印生物技術(shù)應(yīng)用而生。

3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究，國(guó)際上和國(guó)內(nèi)都是近幾年才開(kāi)始，國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距并不大，對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō),基礎(chǔ)研究已躋身第一梯隊(duì)，應(yīng)用研究逐漸成熟，但仍面臨諸多困難，產(chǎn)業(yè)化尚待時(shí)日。

從上世紀(jì)90年代初開(kāi)始，我國(guó)便在國(guó)家自然科學(xué)基金委和國(guó)家科技部的支持下開(kāi)始了3D打印的研究。在科技部多個(gè)五年計(jì)劃的持續(xù)支持下，華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等一批科研院所開(kāi)展了幾乎所有主流的3D打印技術(shù)研究。但國(guó)內(nèi)從事3D打印技術(shù)研發(fā)的科研團(tuán)隊(duì)或企業(yè)中，基本上都是在金屬材料或非生物非金屬材料的領(lǐng)域，將研究重點(diǎn)聚焦在3D生物打印領(lǐng)域上的還是比較少。同時(shí)從另一個(gè)方面看，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究，國(guó)際上和國(guó)內(nèi)都是近幾年才開(kāi)始，國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距并不大。

1.基礎(chǔ)研究：已躋身第一梯隊(duì)

在我國(guó)，對(duì)于3D生物打印的基礎(chǔ)性研究，主要在一些大學(xué)的研究中心進(jìn)行。提到國(guó)內(nèi)的3D打印，就不能不提到一個(gè)人――顏永年。顏永年，第一任清華大學(xué)材料成形制造自動(dòng)化研究所所長(zhǎng)和第一任清華大學(xué)生物制造研究所所長(zhǎng)，被業(yè)界譽(yù)為“中國(guó)3D打印第一人”。2012年10月，顏永年教授被推舉為中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問(wèn)。顏永年將制造科學(xué)引入生命科學(xué)領(lǐng)域，提出了“生物制造工程”（Organism ManufacturingEng.）學(xué)科概念和框架體系，為制造科學(xué)發(fā)展提出了一個(gè)新的方向。顏永年的團(tuán)隊(duì)在組織工程、載體支架的3D生物打印方面進(jìn)行了深入地探索。

對(duì)于生物制造，這一3D打印最前沿的領(lǐng)域，顏永年教授認(rèn)為，基于3D打印技術(shù)的細(xì)胞三維受控組裝工藝，是生物制造中最為核心的技術(shù)，其目標(biāo)為具有新陳代謝特征的生命體的成形和制造。細(xì)胞直接三維受控組裝，使人類(lèi)可以按照器官解剖學(xué)的數(shù)字模型，通過(guò)控制單個(gè)細(xì)胞和細(xì)胞團(tuán)簇的3D組裝,最終實(shí)現(xiàn)可整合于人體新陳代謝系統(tǒng),用于修復(fù)和替代病損組織和器官的人造器官。

2013年8月，一個(gè)標(biāo)志性的事件在業(yè)界引起了很大的轟動(dòng)，從而將國(guó)內(nèi)在生物制造領(lǐng)域的研究推向了前臺(tái)。杭州電子科技大學(xué)徐銘恩教授宣布：他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)成功了國(guó)內(nèi)首款3D生物打印機(jī)。這臺(tái)國(guó)內(nèi)首款生物3D打印機(jī)的成功研制意味著我國(guó)3D生物打印的研究已進(jìn)入了世界先進(jìn)水平行列，在國(guó)際舞臺(tái)上已可以和美國(guó)的Organovo公司等3D生物打印先驅(qū)同臺(tái)競(jìng)技。

2.應(yīng)用研究：逐漸成熟，但仍面臨諸多困難

對(duì)于3D生物打印的臨床應(yīng)用研究，其實(shí)在我國(guó)很早就開(kāi)始進(jìn)行了。早在2001年，我國(guó)就成功完成了國(guó)際上第一例將3D打印技術(shù)用于頜面的修復(fù)。但我國(guó)現(xiàn)有的監(jiān)管制度不完善、打印成本較高及一系列技術(shù)難題有待攻克等因素使得3D打印技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用仍面臨很多困難。

在3D生物打印的應(yīng)用研究方面，華南理工大學(xué)的楊永強(qiáng)團(tuán)隊(duì)具有一定的代表性，做了很多有益的探索。華南理工大學(xué)楊永強(qiáng)教授所帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)自2001年左右開(kāi)始研究3D打印技術(shù)，在牙科的牙冠固定橋、個(gè)性化舌側(cè)托槽、膝關(guān)節(jié)的假體、外科手術(shù)導(dǎo)板以及植入體等方面都有涉及。

以采用3D打印技術(shù)制作烤瓷牙為例，德國(guó)的設(shè)備一次能直接制作200-250個(gè)牙冠，楊永強(qiáng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的設(shè)備能做100多個(gè)，但價(jià)格只有德國(guó)設(shè)備的四分之一到五分之一。楊永強(qiáng)的團(tuán)隊(duì)目前正在研究打印手術(shù)導(dǎo)板技術(shù)，目前已經(jīng)做了20余種外科手術(shù)導(dǎo)板。另外他們?cè)诙嗫坠呛椭踩塍w方面也做過(guò)一些嘗試，比如模仿髖關(guān)節(jié)打印的“金屬骨頭”，力度和骨骼非常接近。

3D打印快速、個(gè)性化、小批量和高精度的特點(diǎn)是這種技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)所在，但生產(chǎn)成本高、打印材料的欠缺、移植后機(jī)體免疫排斥等一系列技術(shù)問(wèn)題使得3D生物打印在從定制化產(chǎn)品走向大規(guī)模臨床應(yīng)用，還存在著很多障礙。不少業(yè)內(nèi)人士呼吁，3D生物打印前景廣闊，政府應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)的扶植政策，同時(shí)監(jiān)管部門(mén)也應(yīng)更新監(jiān)管思路，積極應(yīng)對(duì)新技術(shù)帶來(lái)的生產(chǎn)模式的變革。

3.產(chǎn)業(yè)化尚待時(shí)日

2013年4月，國(guó)家863計(jì)劃中首次將3D打印選入，并擬撥不超過(guò)4000萬(wàn)的專(zhuān)項(xiàng)研究基金。同時(shí)，各級(jí)地方政府對(duì)于發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)有著很高的積極性。當(dāng)前我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)主要形成了北京、湖北、陜西和江蘇4個(gè)產(chǎn)業(yè)區(qū)域。其中，首個(gè)3D打印工業(yè)園將落戶武漢東湖高新區(qū)，武漢市發(fā)改委等部門(mén)針對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)積極著手編制規(guī)劃并予以扶持培育。

為打破目前3D打印產(chǎn)業(yè)化發(fā)展道路上的僵局，一些地方政府的做法非常值得借鑒。目前，南京、成都、珠海等地紛紛成立了3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心。以成都為例，2013年4月，成都成立了西部地區(qū)首個(gè)3D打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，覆蓋產(chǎn)學(xué)研一系列產(chǎn)業(yè)鏈。作為3D打印產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新的公共平臺(tái)，該聯(lián)盟將以成都市的制造企業(yè)為主體，由高等院校、材料研發(fā)企業(yè)和機(jī)構(gòu)、工業(yè)設(shè)計(jì)企業(yè)、科研院所、3D打印服務(wù)應(yīng)用提供商等聯(lián)動(dòng)。聯(lián)盟成員將通過(guò)開(kāi)展產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新，力爭(zhēng)突破一批核心關(guān)鍵技術(shù)、掌握一批自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、形成一批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)3D打印產(chǎn)業(yè)的全鏈突破。

（作者單位：安徽省銅陵市第一中學(xué)）