疫情下的美國醫(yī)療供應告急， 3D 打印或成救場奇兵

冠建超 楊大可

3月29日新增確診病例近2萬，連續(xù)6天新增確診破萬，累計確診病例已達數(shù)萬例，這就是疫情之下的美國。

3D打印鼻拭子用于新冠病毒測試

不只是美國，隨著新冠疫情的持續(xù)蔓延，意大利、英國和德國等歐洲多個疫情重災區(qū)，也都出現(xiàn)了衛(wèi)生醫(yī)療用品短缺的問題，口罩、呼吸機以及用于檢測的鼻拭子和咽拭子等必備用品已經(jīng)供不應求。疫情暴發(fā)以來，那些傳統(tǒng)醫(yī)療設(shè)備、防護用品的制造商滿負荷生產(chǎn)，仍遠遠無法滿足這突然進發(fā)的需求高峰。

危急時刻，3D打印技術(shù)或許成為一支拯救生命的“奇兵”。在過去的幾年里，工業(yè)3D打印技術(shù)即將實現(xiàn)突破，向公眾展示其快速反應與生產(chǎn)能力。從某種意義上講，這種可以在一天內(nèi)從設(shè)計到生產(chǎn)，并可多平臺、單次大規(guī)模生產(chǎn)零件的技術(shù)，似乎就是為了新冠疫情這種危機而設(shè)計的。

3D打印在很大程度上被視為一種應急措施，但為了填補供應鏈上被疫情撕開的關(guān)鍵缺口，3D打印可能幫助醫(yī)院在未來幾周內(nèi)得到一定數(shù)量的口罩、鼻拭子、呼吸機和其他產(chǎn)品。

惠普公司的3D打印和數(shù)字制造部門負責人帕斯特（Ramon Pastor）在電話會議中提及：“3D打印的關(guān)鍵是可以在幾周內(nèi)完成從設(shè)計到制造的整個過程，我們已經(jīng)為醫(yī)院交付了數(shù)干個零件。”

快速打印“鼻拭子”

現(xiàn)在的美國，由于缺乏明確的、有組織的、由聯(lián)邦政府指導的協(xié)同方案，許多應對措施都以一種特別的方式展開。制造商、大學、醫(yī)療服務提供商、各州和地方機構(gòu)都在爭先恐后地尋找具備必要能力和專業(yè)知識的公司，要么直接打電話，要么依靠非正式的商業(yè)網(wǎng)絡來聯(lián)系它們。此外，一些企業(yè)、研究人員和醫(yī)療中心也在組建臨時聯(lián)盟來協(xié)調(diào)應對措施。

“我無法告訴你有多少家醫(yī)院，以及其他各種醫(yī)療機構(gòu)、醫(yī)療服務提供商和政府，要求我們幫助解決衛(wèi)生醫(yī)療產(chǎn)品短缺的問題，太多了?！盕ormlabs公司的首席產(chǎn)品官大衛(wèi)，拉卡托斯表示。

Forrnlabs是一家位于馬薩諸塞州薩默維爾市的3D打印技術(shù)開發(fā)商和制造商。以前，其銷售的是3D打印機，而不是3D打印產(chǎn)品;但該公司將在俄亥俄州的工廠投入250臺打印機，有望每天生產(chǎn)多達10萬個用于新冠病毒測試的鼻拭子，這些急需產(chǎn)品很快就會被運送到美國各地的醫(yī)院，用于檢測新冠病毒肺炎患者。

“我們沒有太多的時間來準備，”Protolabs的首席執(zhí)行官維姬，霍爾特說，“我們必須增加足夠的醫(yī)院床位和重癥監(jiān)護室（Icu）設(shè)備，以便在高峰期到來時作好準備。所以，我們正試圖給供應鏈爭取更多的時間。”

雖然它們是一種相對簡單的設(shè)備，但它們確實需要足夠薄、足夠長、足夠靈活才能深入鼻腔，發(fā)現(xiàn)新冠肺炎的早期癥狀。大衛(wèi)，拉卡托斯說，如果鼻拭子的檢測深度不夠，就可能產(chǎn)生假陰性結(jié)果，這些未被識別的新冠病毒攜帶者就會進一步傳染給其他人。

Formlabs表示，隨著疫情在未來幾周內(nèi)不斷升級，該公司可能會迅速增加3D打印機的數(shù)量，并將鼻拭子的日產(chǎn)量提高至10萬個以上，具體數(shù)字取決于醫(yī)療需求。

一個由南佛羅里達大學、哈佛大學、斯坦福大學等機構(gòu)組成的聯(lián)盟宣布，他們已經(jīng)與美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）協(xié)商，制定了生產(chǎn)3D打印測試樣本的通用指南。他們表示，包括Formlabs、Carbon和惠普等在內(nèi)的少數(shù)會員，準備開始制造特定種類的拭子，并可能很快提高到每周生產(chǎn)多達400萬個。根據(jù)公告，醫(yī)院可以聯(lián)系國家應急管理機構(gòu)，要求立即供應。

而3D打印獨角獸Carbon的聯(lián)合創(chuàng)始人約瑟夫，德西蒙尼和公司首席執(zhí)行官的艾倫，庫爾曼一直在考慮公司的現(xiàn)有技術(shù)能如何幫助解決抗疫一線人員對醫(yī)療用品的緊急需求。由于新冠疫情的暴發(fā)，大到呼吸機，小到口罩、檢測拭子等物資都極度匱乏。

檢測拭子匱乏，是導致測試能力過到瓶頸的原因之一。如今，Carbon的設(shè)計師正在研究用3D打印技術(shù)快速生產(chǎn)鼻拭子。約瑟夫，德西蒙尼希望能夠盡快分發(fā)拭子，但是他們沒有給出確切的時間范圍?！拔覀冋偪竦赝七M，我認為這對于C.arbon來說是一個非常重要的時刻，美國需要我們?！?/p>

對用于檢測病毒的鼻拭子，C.arbon的設(shè)計師經(jīng)歷了一個“漫長”的設(shè)計過程。他們在72小時內(nèi)設(shè)計了7種不同的3D網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，隨后在斯坦福大學醫(yī)學中心、哈佛醫(yī)學院等機構(gòu)的幫助下迅速驗證了其設(shè)計。Carbon已經(jīng)將各種設(shè)計發(fā)送給其醫(yī)療合作伙伴進行測試。

約瑟夫，德西蒙尼表示，其中一個設(shè)計通過了斯坦福大學的舒適性和有效性測試，這一認可使其獲得了FDA的批準。他將選擇這個設(shè)計與另外一款優(yōu)秀的設(shè)計相結(jié)合，以便做出更好的拭子。

? ? carbon的聯(lián)合創(chuàng)始人約瑟夫.德西蒙尼和公司首席執(zhí)行官的艾倫.庫爾曼

“一旦我們把所有的東西都整理好，那就很快了?！卑瑐悾瑤鞝柭f：“不過這些都是受管制的產(chǎn)品，我們不會在驗證需求上妥協(xié)，我們要找到真正有需求的地方?！?h3>解決面罩、呼吸機短缺問題

除了可以快速打印出鼻拭子，3D打印技術(shù)在制造面罩、呼吸機等方面，也有很大的用處。

位于馬薩諸塞州伯靈頓的Desktop Metal，是一家設(shè)計和銷售金屬3D打印系統(tǒng)的技術(shù)公司。該公司推出了一個網(wǎng)站，讓制造商在供應鏈受限的情況下提交醫(yī)療設(shè)備所需金屬部件的申請。

南卡羅萊納的主要醫(yī)療保健系統(tǒng)PrismaHealth宣布，它已經(jīng)獲得了FDA的緊急授權(quán)，公司可以使用3D打印一種獨特的呼吸機擴展設(shè)備：

一種名為VESper的分流管（splittertubing），在設(shè)備供應緊張的情況下，可以保證一臺呼吸機最多可以支持4名有嚴重呼吸問題的患者，且生產(chǎn)成本很低。

“當需要借助機器輔助才能呼吸的患者數(shù)量迅速增加時，醫(yī)療設(shè)備的嚴重短缺可能會在一夜之間發(fā)生?！盤risma Health醫(yī)學部主任彼得，蒂爾克邁爾說：“當需要呼吸支持的危重病人的數(shù)量超過現(xiàn)有呼吸機的數(shù)量時，VESper就可以挽救生命。在這次新冠疫情中，美國的很多醫(yī)院可能會開始使用它?！?/p>

Fofmlabs也在評估呼吸機分流管的設(shè)計，不過該公司強調(diào)，它們只能作為最后的選擇。事實上，在一份聯(lián)合聲明中，美國重癥醫(yī)學會、美國呼吸保健協(xié)會和其他醫(yī)療組織建議，建議不要讓多名新冠肺炎患者共用一臺機械呼吸機，他們強調(diào)：“最好將呼吸機用于最有可能受益的患者，而不是導致患者交叉感染等新的問題。”

不久后，Carbon與Google母公司Alphabet的生命科學業(yè)務部門Verily合作共同設(shè)計面罩，并用3D打印技術(shù)造出了它們的原型，然后將它們送到斯坦福醫(yī)院和凱薩醫(yī)療集團（Kaiser Permanente）來進行測試。

目前，C.arbon公司已將面罩送到醫(yī)院，并且在一天之內(nèi)就獲得了監(jiān)管部門的批準，屬于1級豁免（無需通過提交文書等工作來走一套美國FDA的快速審批程序）設(shè)備。約瑟夫，德西蒙尼表示，設(shè)計師嘗試使用了3種不同的樹脂，包括一種用于阿迪達斯鞋中底的樹脂和一種用于牙科產(chǎn)品的樹脂。他說，通過使用三種不同的樹脂和3種不同的設(shè)計方式，可讓更多擁有3D打印機的客戶能夠生產(chǎn)它們。

此外，Protolabs公司還與明尼蘇達大學的一個團隊合作，在幾天內(nèi)開發(fā)、測試了一款低成本呼吸機的6個部件。研究人員可能會公開發(fā)表這一設(shè)計，它依靠一個馬達就可生產(chǎn)能廣泛使用的手動復蘇器，這樣醫(yī)院就可以在出現(xiàn)攸關(guān)生死的短缺情況時，自己生產(chǎn)來救急。值得注意的是，麻省理工學院的一個團隊正在進行一個類似的項目。

明尼蘇達大學麻醉學研究員史蒂芬，理查德森與Earl E.Bakken醫(yī)療機械中心合作，在美國明尼蘇達大學醫(yī)療器械中心主任、世界醫(yī)療器械設(shè)計大會創(chuàng)始人亞瑟，埃爾德曼教授的指導下，基于“自充氣袋”的袋式閥面罩的理念，創(chuàng)造了一個低成本呼吸機的原型。如今，在70名志愿者的幫助下，兩款原型機（被稱為C.oventor）成功進行了測試。據(jù)了解，該原型呼吸機的成本僅為150美元。

原型呼吸機（來自明尼蘇達大學）

Protolabs也在為一家大型呼吸機制造商生產(chǎn)零部件，但Vick/ Holt說，該公司目前無法透露名稱或提供更多細節(jié)。當被問及3D打印產(chǎn)品的安全性時，Vick/Holt表示，他們有責任設(shè)計出合適的設(shè)計，進行必要的測試，并采取適當?shù)谋O(jiān)管措施。

但是，像鼻腔拭子這樣能夠在人體內(nèi)使用的最終產(chǎn)品的生產(chǎn)，確實需要3D打印公司自身邁過監(jiān)管門檻。大衛(wèi)，拉卡托斯說，F(xiàn)ormlabs之所以能夠迅速獲得FDA的批準，在俄亥俄州的工廠生產(chǎn)這種鼻拭子，只是因為它此前已經(jīng)獲準生產(chǎn)在人們口腔內(nèi)使用的牙科產(chǎn)品，比如3D打印的夜用護板和牙冠。

有3D打印行業(yè)分析師表示，“很容易就可以出現(xiàn)數(shù)百種將3D打印用于新冠病毒防疫的想法?！逼渫茰y目前在美國大約安裝了近4.7萬臺工業(yè)級3D打印機。隨著目前依靠它們生產(chǎn)零件的航空航天、汽車和其他制造業(yè)的陸續(xù)關(guān)閉，其中的大部分或許都可以拿出來與新冠病毒作戰(zhàn)。

3D打印在拯救生命方面的作用有多大，將取決于疾病傳播的速度有多快，以及世界各地的制造商和供應商能夠多快地采取措施重組和擴大產(chǎn)能?？冢ㄕ悦馈渡羁萍肌罚ň庉?小文）