3D打印機(jī)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用解析3D打印機(jī)在生物醫(yī)療行業(yè)的運(yùn)用分析

從1988年第一臺3D打印機(jī)問世到現(xiàn)在，3D打印仿佛已然變成了1個炙手可熱，耳熟能詳?shù)拿~，還被譽(yù)為是“第三次產(chǎn)業(yè)反動的首要標(biāo)注之一”?？墒窃S多人對它的印象也許僅停頓在“仿佛甚麼高難的建材都能打印出來”的觀念上。但實(shí)際上，在過去的十幾年里，3D打印已不再限于于制造業(yè)，它在藥物領(lǐng)域也擴(kuò)展得非常迅猛，各項(xiàng)有前景的運(yùn)用接踵而至，此次本文便來簡潔講講3D打印及其在藥物領(lǐng)域中的運(yùn)用情況。

第一臺3D打印機(jī)

一、3D打印的型號

3D 打印技術(shù)是20時代80年代后續(xù)開始漸漸興起的一項(xiàng)新興制造技術(shù)，它是指在計(jì)算機(jī)操控下，依據(jù)物體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型或計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）等信息，通過原料的準(zhǔn)確3D聚積，迅速制造任意高難外形3D物體的新式數(shù)字化成型技術(shù) 。

現(xiàn)在運(yùn)用較多的 3D 打印技術(shù)首要含蓋光固化立體印刷（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、選取性激光燒結(jié)（SLS）和三維噴?。?DP）等。

1、立體光固化成型打印

立體光固化成型 SLA（stereo lithographyappearance），即用特定波長與強(qiáng)度的激光聚焦到液態(tài)的光固化原料外表，使之由點(diǎn)到線，由線到面的次序凝結(jié)，完結(jié)1個層面的畫圖功課。接著再移動光波至另1個層面，層層疊加組成1個三維實(shí)體。

2、熔融沉積成型打印

熔融沉積成型FDM(Fused DepositionModeling)工藝是通過將絲狀原料，如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，根據(jù)零件每一層的預(yù)約軌跡，以固定的速度進(jìn)行熔體沉積。每完結(jié)一層，工作臺下落1個層厚進(jìn)行迭加沉積新的一層，這樣頻頻終極實(shí)行零件的沉積成型。FDM 工藝的主要是維持半流動成型原料的熱度恰好在熔點(diǎn)之上 ( 比熔點(diǎn)高 1?C左右)。其每一層片的厚度由擠出絲的直徑?jīng)Q議，往往是0.25~0.50mm。

3、選取性激光燒結(jié)打印

選取性激光燒結(jié)法 SLS（Se1ected Laser Sintering），采取紅外激光器作能源，應(yīng)用的外型原料多為粉末原料。加工時，首先將粉末預(yù)熱到稍低過其熔點(diǎn)的熱度，接著在刮平棍子的功效下將粉末鋪平 ；激光束在計(jì)算機(jī)操控下依據(jù)分層截面數(shù)據(jù)進(jìn)行有選取地?zé)Y(jié)，一層完結(jié)后再進(jìn)行下一層燒結(jié)，整個燒結(jié)完后去掉多余的粉末，則就闊以獲得一燒結(jié)好的零件。

4、三維噴墨打印

三維噴墨打印是通過將液態(tài)連結(jié)體鋪放在粉末薄層上，以打印橫截面信息的方法逐層創(chuàng)立各部件，創(chuàng)立三維實(shí)體模型。采取這類技術(shù)打印成型的樣品模型與實(shí)際成品擁有一樣的顏色，還能以將彩色解析結(jié)果直接刻畫在模型上，模型樣品所傳播的數(shù)據(jù)較大。 三維噴墨打印的原料首要是許多高功能復(fù)合原料（高強(qiáng)打印粉）?，F(xiàn)在，三維噴墨打印機(jī)是市場上精度最高，成型成效最佳的高端打印設(shè)施。

二、3D打印的好壞勢

優(yōu)勢：

（1）打印精度高?，F(xiàn)在上市的主流3D打印機(jī)精度根本操控在0.3 mm下列，少數(shù)精度很高的可實(shí)行600 dpi的辨別率，打印厚度唯獨(dú)0.01 mm。

（2）制造周期短。3D打印可在數(shù)小時內(nèi)迅速準(zhǔn)確地將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字模型打印出來。

（3）滿足個性化需要。理論上講，3D 打印機(jī)能打印出計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的所有外形的模型。

（4）節(jié)約原料。3D打印因其增材制造的特征在制造中不會形成邊角料，通過摒棄制造線減低了本錢，提升了原料借用率。

劣勢：

（1）打印精度受限。3D 打印技術(shù)成長到如今，固然有了較高的精度，但還不可實(shí)行許多特殊精密成品的打印，如拍照機(jī)鏡頭等。

（2）應(yīng)用原料范疇有限?；诂F(xiàn)在 3D 打印機(jī)的成型原理，僅可應(yīng)用金屬粉末、無機(jī)粉料、光敏樹脂、塑料等，像衣服纖維如此的特殊原料還顯得無能為力。

（3）打印尺寸受限。3D 打印運(yùn)用范疇固然全面，但對軍工、航空航天和航海等行業(yè)所須要的大尺寸零部件來說臨時還難以實(shí)行。

三、3D 打印技術(shù)在藥物行業(yè)的運(yùn)用

跟著 3D 打印技術(shù)的成長和成熟，它在醫(yī)學(xué)模型制造、組織器官再生、臨床恢復(fù)醫(yī)治和醫(yī)藥研究實(shí)驗(yàn)等行業(yè)也獲得了全面運(yùn)用。

1、 醫(yī)學(xué)模型制造

醫(yī)學(xué)模型在根基醫(yī)學(xué)和臨床試驗(yàn)教學(xué)中的用處非常全面，用量也大，可是用傳統(tǒng)方式制造醫(yī)學(xué)模型程序高難、周期長，在應(yīng)用流程中極易毀壞。借用 3D 打印制造醫(yī)學(xué)教學(xué)器具、醫(yī)療試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷扔闷凡粏我悦饬松鲜鰡栴}的顯現(xiàn)，同時還能以依據(jù)實(shí)際須要對許多特殊模型實(shí)行個性化制造。

而針對危害較大的手術(shù)，為了確保醫(yī)療手術(shù)的安全施行，醫(yī)師會依據(jù)病變器官模型進(jìn)行解析計(jì)劃以確認(rèn)首要的手術(shù)計(jì)劃。借用 3D打印技術(shù)對原料進(jìn)行準(zhǔn)確操控的好處可迅速制備出高品質(zhì)的器官模型，輔助醫(yī)師進(jìn)行精確的手術(shù)計(jì)劃、提高手術(shù)的順利率，又便利醫(yī)師與患者利市術(shù)計(jì)劃進(jìn)行直觀的溝通。

舉例：

美國一家醫(yī)院順利地為一對連體雙胞胎嬰兒施行了腦袋分離手術(shù)，此中引人矚目的是手術(shù)前醫(yī)院采取了以色列Obeject企業(yè)的三維打印體制作出準(zhǔn)確的連體腦袋。據(jù)此進(jìn)行了縝密的手術(shù)計(jì)劃研發(fā)，使手術(shù)順?biāo)爝M(jìn)行，只用了22h，而往常相相似的手術(shù)則長達(dá)72h。

連體腦袋模型

2、 細(xì)胞的制備

近年來，研發(fā)者已開始全面存眷細(xì)胞的3D打印技術(shù)，如通過攜帶細(xì)胞進(jìn)行3D打印而直接制備植物器官、組織的方式。此技術(shù)的好處在于通過對加工流程的準(zhǔn)確操控優(yōu)勢，調(diào)整細(xì)胞在微觀尺度上的擺列狀況，以實(shí)行對單個細(xì)胞的言行和細(xì)胞間的互相功效（細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與原料）進(jìn)行操控，進(jìn)而促成細(xì)胞生成具有各類性能的組織，為醫(yī)療手術(shù)及術(shù)后修復(fù)供應(yīng)方便。

3D打印的細(xì)胞生長成的肌膚狀片層構(gòu)造

3、 3D打印組織器官

身體組織器官代替物始終是臨床醫(yī)學(xué)上的1個難題，許多患者為此而喪失生命，且身體組織器官替代物對原料的需要較高，實(shí)行難度大。但跟著科學(xué)技術(shù)的成長，3D 打印身體器官已然變成也許。

舉例：

加州大學(xué)勝地亞哥分校（UCSD）借用自行研制的數(shù)字光處置（DLP）3D打印機(jī)，他們順利打印出了高難的血管網(wǎng)絡(luò)，而此網(wǎng)絡(luò)在被植入小鼠體內(nèi)后竟然順利與后者的血管體系實(shí)行了交融，以及體現(xiàn)出了常態(tài)的性能。

UCSD隊(duì)伍借用3D打印的5毫米大的血管網(wǎng)絡(luò)

另外還能借用 3D 技術(shù)打印身體肝臟、腎臟和特定細(xì)胞組織用來新藥測驗(yàn)，不單闊以真正模仿身體對醫(yī)藥的反應(yīng)，獲得確切的測驗(yàn)成效，況且還可在較大程度上減低新藥的研究本錢。

4、3D打印植入物

3D打印技術(shù)用來制造骨科植入物，可有效減低定制化、小大量植入物的制導(dǎo)致本，且這類植入物可以更好地步入身體，改進(jìn)對患者的醫(yī)治成效。近年來，醫(yī)療領(lǐng)域已越來越多地采取金屬3D打印技術(shù)來設(shè)計(jì)和制造醫(yī)療植入物。

舉例：

澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與產(chǎn)業(yè)研發(fā)組織（CSIRO）、墨爾本醫(yī)療植入物企業(yè)Anatomics和英國醫(yī)師聯(lián)手，為一名61歲的英國患者Edward Evans施行了3D打印鈦-聚合物胸骨植入手術(shù)，這也是世界獨(dú)創(chuàng)。此前這類植入物通常都會用純鈦制造，新式胸骨植入物可以比此前的純鈦植入物更好地輔助重建身體內(nèi)的“堅(jiān)固與柔嫩組織”。

應(yīng)用3D打印制造的鈦-聚合物胸骨

5、3D打印醫(yī)藥

3D打印技術(shù)的優(yōu)勢在于個性化制備高難構(gòu)造，因而用來制藥時闊以實(shí)行劑量、外表、口感等的個性化定制，同時由于3D打印的“藥片”可具有特殊的微觀構(gòu)造，有助于改進(jìn)醫(yī)藥的宣泄言行，進(jìn)而提升療效并減低副功效。

舉例：

美國制藥企業(yè)Aprecia順利地運(yùn)用了3D打印技術(shù)，將醫(yī)藥的活性和非活性成份層層擺放，開發(fā)出了世界上第1個3D打印的藥品 —— Spritam（化學(xué)名為：左乙拉西坦），這是一類用來醫(yī)治癲癇的醫(yī)藥。這類用醫(yī)藥粉末打印出來的藥丸具有多孔的構(gòu)造優(yōu)勢，在接觸到水后可以快速溶解，能更快更好地施展效力，以應(yīng)付突如其來的抽搐。

Aprecia借用3D打印制造的SPRITAM（左乙拉西坦）片劑

固然技術(shù)也須要持續(xù)改善，在新原料行業(yè)也須要更多的研發(fā)，但不可承認(rèn)3D打印是現(xiàn)在醫(yī)藥制造的一類可行方式。但現(xiàn)在3D打印醫(yī)藥最大的戰(zhàn)斗并非在于技術(shù)自身，而是監(jiān)管環(huán)境。假設(shè)將藥品投放市場但沒有嚴(yán)密的監(jiān)管需要，那么就很難確保它的安全有效性。

作為一項(xiàng)新興科技工業(yè)，3D 打印技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)形成了長遠(yuǎn)影響，推進(jìn)了醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的迅速成長。但現(xiàn)在來看，3D打印醫(yī)用原料的各項(xiàng)技術(shù)仍未成熟，若想真實(shí)實(shí)行3D打印大范疇?wèi)?yīng)用在藥物行業(yè)，還有一段很長的路要走。但相信跟著3D打印技術(shù)在程序并且機(jī)器方面的迅速成長，機(jī)會也會隨之顯現(xiàn)。