3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用探究

張程健

摘要：3D打印技術(shù)是和傳統(tǒng)建材加工方法相反的一種快速成型技術(shù)，也被稱為增材制造，通過增加材料的方式，根據(jù)數(shù)據(jù)模型來建立一個三維物理實體模型，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，實現(xiàn)對患者特異性和個性化治療，降低目標(biāo)對象制造成本，為生物醫(yī)學(xué)工程形成新產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域;應(yīng)用

3D打印技術(shù)是第三次工業(yè)革命的一項重要標(biāo)志，起源于上世紀(jì)80年代，以增材制造的原理對活性材料進(jìn)行加工，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中則是以生物材料和生長因子，細(xì)胞等作為主要內(nèi)容，來對人體器官組織進(jìn)行重建，是一種跨學(xué)科，跨領(lǐng)域的生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，使科技和生物醫(yī)學(xué)相融合，提升生物醫(yī)學(xué)工程的科技水平，推動生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。從3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用和發(fā)展的進(jìn)程來看，主要經(jīng)歷了四個階段，第一個階段主要是用于體外醫(yī)療器械及模型，對使用材料并無相容性要求，第二個階段是雖具備了生物相容性，但不能降解;第三階段則是當(dāng)產(chǎn)品在人體植入后就可以和人體組織產(chǎn)生相互關(guān)系，促進(jìn)組織再生;而第四階段則是通過蛋白，活細(xì)胞等材料來打印出生物活性產(chǎn)品，進(jìn)而制造出組織與器官等[1]。因人體細(xì)胞具有高度復(fù)雜性，軟骨組織相對簡單，但細(xì)胞種類少，缺乏血管和神經(jīng)支配，通過3D打印技術(shù)就可以有效解決人體細(xì)胞組織再生和器官再造。本文就對3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用及其意義進(jìn)行簡單分析。

一、3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的意義

3D打印是上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)的一種材料加工技術(shù)，在建筑、能源、電子機(jī)械、生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用，并對行業(yè)發(fā)展起到推動作用。目前在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中3D打印技術(shù)已經(jīng)取得了初步成效，提升生物醫(yī)學(xué)技術(shù)水平，實現(xiàn)技術(shù)升級。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，可以充分利用3D打印技術(shù)進(jìn)行皮膚組織和血管模型的制備，形成微血管床，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)對于皮膚組織的再生和修復(fù)都具備一定的優(yōu)勢，有利于實現(xiàn)多層活性和器官的發(fā)展。在口腔種植中也可以利用3D打印技術(shù)來模擬生物體骨的組織形貌，誘導(dǎo)成骨進(jìn)行整合，實現(xiàn)個性化種植[2]。另外，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，3D打印技術(shù)數(shù)字化和信息化的技術(shù)升級，也為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究工作開拓了方向，例如在醫(yī)學(xué)診斷當(dāng)中醫(yī)生和患者在術(shù)前溝通和治療方案探討時都可以通過3D打印技術(shù)準(zhǔn)確的反映以及制造三維立體模型，制定出患者的治療方案，通過模擬實驗的方式來提高手術(shù)成功率，確保手術(shù)方案的精確度和精準(zhǔn)率。

二、3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中3D打印技術(shù)已經(jīng)得到了應(yīng)用，并取得了初步成效，使生物醫(yī)學(xué)工程科學(xué)屬性得到加強(qiáng)，隨著技術(shù)水品的提高，3D打印技術(shù)也得到進(jìn)步，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中也具備良好的應(yīng)用前景和優(yōu)勢。在生物制造中可以利用3D打印技術(shù)來構(gòu)建生物體形態(tài)模型，由于其優(yōu)良的制造工藝，可以減少人體發(fā)生免疫排斥反應(yīng)，通過利用生物材料可以打印出三維立體的組織細(xì)胞和活性因子，對于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的發(fā)展起到了推動作用[3]。從當(dāng)前來看，3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)診斷、組織再生和口腔種植三個方面。

首先，在醫(yī)學(xué)診斷中，可以通過3D打印技術(shù)來形成生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)品，精準(zhǔn)復(fù)制可以為治療工作提供模型，使手術(shù)成功率得到大大提高，在臨床治療工作中有利于對治療措施加以改善。當(dāng)前在口腔科、骨科及手足外科等科室內(nèi)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，通過CT掃描來獲得三維立體數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)來打印模型，進(jìn)行精準(zhǔn)的觀測，醫(yī)學(xué)診斷效果得到明顯提高，提升了醫(yī)學(xué)診斷科學(xué)性和成功度。在組織再生領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升組織再生細(xì)胞精密性，對于組織再生技術(shù)具有顯著意義，例如通過3D打印技術(shù)來制造耳廓等，和傳統(tǒng)組織工程相比，3D打印技術(shù)的精密性和質(zhì)量都得到明顯提高，通過計算機(jī)來控制設(shè)備，同步數(shù)據(jù)存儲和評價，實現(xiàn)技術(shù)升級，在組織再生中可以為缺損部位形成三維立體材料，在內(nèi)部置放細(xì)胞載體和細(xì)胞因子、藥物等，促進(jìn)組織細(xì)胞生長[4]。另外，口腔種植是臨床醫(yī)學(xué)的重要組成，口腔種植技術(shù)也廣受社會關(guān)注和重視，隨著口腔種植技術(shù)的升級，在口腔種植領(lǐng)域中應(yīng)用3D打印技術(shù)，能夠有效滿足患者個性化的種植需求，提高精準(zhǔn)度。由于口腔種植材料多為鈦合金，由于鈦合金材料的彈性模量較骨皮質(zhì)高，在實際的口腔種植中極易出現(xiàn)局部的骨質(zhì)吸收情況，因此加強(qiáng)口腔種植針對性是有必要的，在應(yīng)用3D打印技術(shù)時，可以將粘結(jié)劑的含量，力學(xué)性能以及熔融溫度等進(jìn)行調(diào)整，確保其各項參數(shù)都符合松質(zhì)骨彈性模量和種植材料相近，提高種植質(zhì)量，也更有利于細(xì)胞生長和成骨多孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)力均勻[5]。

結(jié)語：隨著近年來人類科技的發(fā)展和進(jìn)步，3D打印技術(shù)已經(jīng)在建筑、生物醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，為疾病治療與研究提供了技術(shù)支撐，有利于提高生物醫(yī)學(xué)工程的研究水平，為生物醫(yī)學(xué)工程提供輔助。目前，3D打印技術(shù)已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的醫(yī)學(xué)診斷、組織再生及口腔種植等方面已經(jīng)得到應(yīng)用，對于組織再生和修復(fù)具有良好的應(yīng)用前景，形成新的研究思路，有利于生物醫(yī)學(xué)工程的深入發(fā)展，使科技和生物醫(yī)學(xué)相融合，提升生物醫(yī)學(xué)工程的科技水平。

參考文獻(xiàn)：

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