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)能進行轉(zhuǎn)換，對于建立可持續(xù)發(fā)展的能源體系，促進社會和經(jīng)濟的發(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)應用而生。

3D打印技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的研究，國際上和國內(nèi)都是近幾年才開始，國內(nèi)與國外的差距并不大，對于我國來說，基礎(chǔ)研究已躋身第一梯隊，應用研究逐漸成熟，但仍面臨諸多困難，產(chǎn)業(yè)化尚待時日。

從上世紀90年代初開始，我國便在國家自然科學基金委和國家科技部的支持下開始了3D打印的研究。在科技部多個五年計劃的持續(xù)支持下，華中科技大學、西安交通大學、清華大學、北京航空航天大學、西北工業(yè)大學等一批科研院所開展了幾乎所有主流的3D打印技術(shù)研究。但國內(nèi)從事3D打印技術(shù)研發(fā)的科研團隊或企業(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，將研究重點聚焦在3D生物打印領(lǐng)域上的還是比較少。同時從另一個方面看，3D打印技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的研究，國際上和國內(nèi)都是近幾年才開始，國內(nèi)與國外的差距并不大。

1.基礎(chǔ)研究：已躋身第一梯隊

在我國，對于3D生物打印的基礎(chǔ)性研究，主要在一些大學的研究中心進行。提到國內(nèi)的3D打印，就不能不提到一個人――顏永年。顏永年，第一任清華大學材料成形制造自動化研究所所長和第一任清華大學生物制造研究所所長，被業(yè)界譽為“中國3D打印第一人”。2012年10月，顏永年教授被推舉為中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問。顏永年將制造科學引入生命科學領(lǐng)域，提出了“生物制造工程”（Organism Manufacturing Eng.）學科概念和框架體系，為制造科學發(fā)展提出了一個新的方向。顏永年的團隊在組織工程、載體支架的3D生物打印方面進行了深入地探索。

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

2013年8月，一個標志性的事件在業(yè)界引起了很大的轟動，從而將國內(nèi)在生物制造領(lǐng)域的研究推向了前臺。杭州電子科技大學徐銘恩教授宣布：他帶領(lǐng)的團隊研發(fā)成功了國內(nèi)首款3D生物打印機。這臺國內(nèi)首款生物3D打印機的成功研制意味著我國3D生物打印的研究已進入了世界先進水平行列，在國際舞臺上已可以和美國的Organovo公司等3D生物打印先驅(qū)同臺競技。

2.應用研究：逐漸成熟，但仍面臨諸多困難

對于3D生物打印的臨床應用研究，其實在我國很早就開始進行了。早在2001年，我國就成功完成了國際上第一例將3D打印技術(shù)用于頜面的修復。但我國現(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)域的應用仍面臨很多困難。

在3D生物打印的應用研究方面，華南理工大學的楊永強團隊具有一定的代表性，做了很多有益的探索。華南理工大學楊永強教授所帶領(lǐng)的研究團隊自2001年左右開始研究3D打印技術(shù)，在牙科的牙冠固定橋、個性化舌側(cè)托槽、膝關(guān)節(jié)的假體、外科手術(shù)導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，德國的設備一次能直接制作200-250個牙冠，楊永強團隊研發(fā)的設備能做100多個，但價格只有德國設備的四分之一到五分之一。楊永強的團隊目前正在研究打印手術(shù)導板技術(shù)，目前已經(jīng)做了20余種外科手術(shù)導板。另外他們在多孔骨和植入體方面也做過一些嘗試，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、個性化、小批量和高精度的特點是這種技術(shù)應用于醫(yī)療領(lǐng)域的優(yōu)勢所在，但生產(chǎn)成本高、打印材料的欠缺、移植后機體免疫排斥等一系列技術(shù)問題使得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，政府應出臺相應的扶植政策，同時監(jiān)管部門也應更新監(jiān)管思路，積極應對新技術(shù)帶來的生產(chǎn)模式的變革。

3.產(chǎn)業(yè)化尚待時日

2013年4月，國家863計劃中首次將3D打印選入，并擬撥不超過4000萬的專項研究基金。同時，各級地方政府對于發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)有著很高的積極性。當前我國3D打印產(chǎn)業(yè)主要形成了北京、湖北、陜西和江蘇4個產(chǎn)業(yè)區(qū)域。其中，首個3D打印工業(yè)園將落戶武漢東湖高新區(qū)，武漢市發(fā)改委等部門針對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3D打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，覆蓋產(chǎn)學研一系列產(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，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)和機構(gòu)、工業(yè)設計企業(yè)、科研院所、3D打印服務應用提供商等聯(lián)動。聯(lián)盟成員將通過開展產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新，力爭突破一批核心關(guān)鍵技術(shù)、掌握一批自主知識產(chǎn)權(quán)、形成一批戰(zhàn)略性新興產(chǎn)品，實現(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）