3D打印技術：生物科技與新能源技術的結合

黃芩

3D打印技術：生物科技與新能源技術的結合

黃芩

目前生物質已成為僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源，約占全球總能耗的14%。充分利用現代新技術，將生物質能進行轉換,對于建立可持續發展的能源體系,促進社會和經濟的發展以及改善生態環境具有重大意義。

在此基礎上，3D打印生物技術應用而生。

3D打印技術在醫學領域的研究，國際上和國內都是近幾年才開始，國內與國外的差距并不大，對于我國來說,基礎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，產業化尚待時日。

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、西北工業大學等一批科研院所開展了幾乎所有主流的3D打印技術研究。但國內從事3D打印技術研發的科研團隊或企業中，基本上都是在金屬材料或非生物非金屬材料的領域，將研究重點聚焦在3D生物打印領域上的還是比較少。同時從另一個方面看，3D打印技術在醫學領域的研究，國際上和國內都是近幾年才開始，國內與國外的差距并不大。

1.基礎研究：已躋身第一梯隊

在我國，對于3D生物打印的基礎性研究，主要在一些大學的研究中心進行。提到國內的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打印技術產業聯盟首席顧問。顏永年將制造科學引入生命科學領域，提出了“生物制造工程”（Organism ManufacturingEng.）學科概念和框架體系，為制造科學發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打印最前沿的領域，顏永年教授認為，基于3D打印技術的細胞三維受控組裝工藝，是生物制造中最為核心的技術，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字模型，通過控制單個細胞和細胞團簇的3D組裝,最終實現可整合于人體新陳代謝系統,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界引起了很大的轟動，從而將國內在生物制造領域的研究推向了前臺。杭州電子科技大學徐銘恩教授宣布：他帶領的團隊研發成功了國內首款3D生物打印機。這臺國內首款生物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打印技術用于頜面的修復。但我國現有的監管制度不完善、打印成本較高及一系列技術難題有待攻克等因素使得3D打印技術在生物醫療領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的研究團隊自2001年左右開始研究3D打印技術，在牙科的牙冠固定橋、個性化舌側托槽、膝關節的假體、外科手術導板以及植入體等方面都有涉及。

以采用3D打印技術制作烤瓷牙為例，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導板技術，目前已經做了20余種外科手術導板。另外他們在多孔骨和植入體方面也做過一些嘗試，比如模仿髖關節打印的“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應用于醫療領域的優勢所在，但生產成本高、打印材料的欠缺、移植后機體免疫排斥等一系列技術問題使得3D生物打印在從定制化產品走向大規模臨床應用，還存在著很多障礙。不少業內人士呼吁，3D生物打印前景廣闊，政府應出臺相應的扶植政策，同時監管部門也應更新監管思路，積極應對新技術帶來的生產模式的變革。

3.產業化尚待時日

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展3D打印產業有著很高的積極性。當前我國3D打印產業主要形成了北京、湖北、陜西和江蘇4個產業區域。其中，首個3D打印工業園將落戶武漢東湖高新區，武漢市發改委等部門針對3D打印產業積極著手編制規劃并予以扶持培育。

為打破目前3D打印產業化發展道路上的僵局，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打印技術產業創新中心。以成都為例，2013年4月，成都成立了西部地區首個3D打印產業技術創新聯盟，覆蓋產學研一系列產業鏈。作為3D打印產業集群協同創新的公共平臺，該聯盟將以成都市的制造企業為主體，由高等院校、材料研發企業和機構、工業設計企業、科研院所、3D打印服務應用提供商等聯動。聯盟成員將通過開展產業集群協同創新，力爭突破一批核心關鍵技術、掌握一批自主知識產權、形成一批戰略性新興產品，實現3D打印產業的全鏈突破。

（作者單位：安徽省銅陵市第一中學）