疫情下的美國醫療供應告急， 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6天新增確診破萬，累計確診病例已達數萬例，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蔓延，意大利、英國和德國等歐洲多個疫情重災區，也都出現了衛生醫療用品短缺的問題，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供不應求。疫情暴發以來，那些傳統醫療設備、防護用品的制造商滿負荷生產，仍遠遠無法滿足這突然進發的需求高峰。

危急時刻，3D打印技術或許成為一支拯救生命的“奇兵”。在過去的幾年里，工業3D打印技術即將實現突破，向公眾展示其快速反應與生產能力。從某種意義上講，這種可以在一天內從設計到生產，并可多平臺、單次大規模生產零件的技術，似乎就是為了新冠疫情這種危機而設計的。

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鍵缺口，3D打印可能幫助醫院在未來幾周內得到一定數量的口罩、鼻拭子、呼吸機和其他產品。

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

快速打印“鼻拭子”

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

“我無法告訴你有多少家醫院，以及其他各種醫療機構、醫療服務提供商和政府，要求我們幫助解決衛生醫療產品短缺的問題，太多了。”Formlabs公司的首席產品官大衛，拉卡托斯表示。

Forrnlabs是一家位于馬薩諸塞州薩默維爾市的3D打印技術開發商和制造商。以前，其銷售的是3D打印機，而不是3D打印產品;但該公司將在俄亥俄州的工廠投入250臺打印機，有望每天生產多達10萬個用于新冠病毒測試的鼻拭子，這些急需產品很快就會被運送到美國各地的醫院，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的首席執行官維姬，霍爾特說，“我們必須增加足夠的醫院床位和重癥監護室（Icu）設備，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，發現新冠肺炎的早期癥狀。大衛，拉卡托斯說，如果鼻拭子的檢測深度不夠，就可能產生假陰性結果，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不斷升級，該公司可能會迅速增加3D打印機的數量，并將鼻拭子的日產量提高至10萬個以上，具體數字取決于醫療需求。

一個由南佛羅里達大學、哈佛大學、斯坦福大學等機構組成的聯盟宣布，他們已經與美國食品藥品監督管理局（FDA）協商，制定了生產3D打印測試樣本的通用指南。他們表示，包括Formlabs、Carbon和惠普等在內的少數會員，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多達400萬個。根據公告，醫院可以聯系國家應急管理機構，要求立即供應。

而3D打印獨角獸Carbon的聯合創始人約瑟夫，德西蒙尼和公司首席執行官的艾倫，庫爾曼一直在考慮公司的現有技術能如何幫助解決抗疫一線人員對醫療用品的緊急需求。由于新冠疫情的暴發，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的設計師正在研究用3D打印技術快速生產鼻拭子。約瑟夫，德西蒙尼希望能夠盡快分發拭子，但是他們沒有給出確切的時間范圍。“我們正瘋狂地推進，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。”

對用于檢測病毒的鼻拭子，C.arbon的設計師經歷了一個“漫長”的設計過程。他們在72小時內設計了7種不同的3D網狀結構，隨后在斯坦福大學醫學中心、哈佛醫學院等機構的幫助下迅速驗證了其設計。Carbon已經將各種設計發送給其醫療合作伙伴進行測試。

約瑟夫，德西蒙尼表示，其中一個設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。他將選擇這個設計與另外一款優秀的設計相結合，以便做出更好的拭子。

? ? carbon的聯合創始人約瑟夫.德西蒙尼和公司首席執行官的艾倫.庫爾曼

“一旦我們把所有的東西都整理好，那就很快了。”艾倫，庫爾曼說：“不過這些都是受管制的產品，我們不會在驗證需求上妥協，我們要找到真正有需求的地方。”

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，是一家設計和銷售金屬3D打印系統的技術公司。該公司推出了一個網站，讓制造商在供應鏈受限的情況下提交醫療設備所需金屬部件的申請。

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

一種名為VESper的分流管（splittertubing），在設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，且生產成本很低。

“當需要借助機器輔助才能呼吸的患者數量迅速增加時，醫療設備的嚴重短缺可能會在一夜之間發生。”Prisma Health醫學部主任彼得，蒂爾克邁爾說：“當需要呼吸支持的危重病人的數量超過現有呼吸機的數量時，VESper就可以挽救生命。在這次新冠疫情中，美國的很多醫院可能會開始使用它。”

Fofmlabs也在評估呼吸機分流管的設計，不過該公司強調，它們只能作為最后的選擇。事實上，在一份聯合聲明中，美國重癥醫學會、美國呼吸保健協會和其他醫療組織建議，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：“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的生命科學業務部門Verily合作共同設計面罩，并用3D打印技術造出了它們的原型，然后將它們送到斯坦福醫院和凱薩醫療集團（Kaiser Permanente）來進行測試。

目前，C.arbon公司已將面罩送到醫院，并且在一天之內就獲得了監管部門的批準，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）設備。約瑟夫，德西蒙尼表示，設計師嘗試使用了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品的樹脂。他說，通過使用三種不同的樹脂和3種不同的設計方式，可讓更多擁有3D打印機的客戶能夠生產它們。

此外，Protolabs公司還與明尼蘇達大學的一個團隊合作，在幾天內開發、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表這一設計，它依靠一個馬達就可生產能廣泛使用的手動復蘇器，這樣醫院就可以在出現攸關生死的短缺情況時，自己生產來救急。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醫療機械中心合作，在美國明尼蘇達大學醫療器械中心主任、世界醫療器械設計大會創始人亞瑟，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。當被問及3D打印產品的安全性時，Vick/Holt表示，他們有責任設計出合適的設計，進行必要的測試，并采取適當的監管措施。

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

有3D打印行業分析師表示，“很容易就可以出現數百種將3D打印用于新冠病毒防疫的想法。”其推測目前在美國大約安裝了近4.7萬臺工業級3D打印機。隨著目前依靠它們生產零件的航空航天、汽車和其他制造業的陸續關閉，其中的大部分或許都可以拿出來與新冠病毒作戰。

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能。口（摘自美《深科技》）（編輯/小文）