3D 打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用及展望

蔡軍杰，魏曉慧，林 松*，劉麗娜，劉 博，劉士勝

（1.軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院衛(wèi)勤保障技術(shù)研究所，天津 300161；2.聯(lián)勤保障部隊(duì)第980 醫(yī)院邯鄲院區(qū)醫(yī)學(xué)工程科，河北邯鄲 056001；3.河北工程大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，河北邯鄲 056004）

0 引言

1990 年，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Sachs 等[1]首次提出了3D 打印這一概念。20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，3D 打印技術(shù)取得了蓬勃發(fā)展。2003 年，美國(guó)南卡羅納大學(xué)的Mironov 等提出生物組織器官3D 打印的概念[2-3]。3D 打印是相對(duì)于傳統(tǒng)平面打印而言，打印出來(lái)的物體是立體的。在立體成型方面，相對(duì)于傳統(tǒng)加工的等材制造、減材制造，3D 打印是典型的增材制造，即逐層疊加形成三維結(jié)構(gòu)。3D 打印作為決定未來(lái)經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)生活的顛覆性技術(shù)之一[4]，有效地將材料、機(jī)械制造、信息處理、電子設(shè)備及工程設(shè)計(jì)等學(xué)科深度融合，突破了傳統(tǒng)制造工藝受限于結(jié)構(gòu)復(fù)雜性難以進(jìn)行加工制造的困境。通過(guò)3D 打印定制個(gè)性化產(chǎn)品，將降低生產(chǎn)成本，引領(lǐng)一場(chǎng)新的工業(yè)革命[5]。目前，3D 打印廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天、建筑設(shè)計(jì)、文化產(chǎn)業(yè)、工業(yè)制造和軍事裝備等領(lǐng)域，特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D 打印發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[6]。

3D 打印技術(shù)的前身即快速成型技術(shù)。其基本思想是以數(shù)字化3D 模型為基礎(chǔ)，對(duì)物體進(jìn)行數(shù)字化分層，得到每層的二維加工路徑等信息，利用合適的材料和工藝，通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)，沿著設(shè)定路徑逐層打印，最終累積成三維物體。經(jīng)過(guò)幾十年不斷探索和發(fā)展，3D 打印根據(jù)打印原理大致可分為7 類(lèi)，分別是：（1）薄材疊層，包括疊層實(shí)體制造（laminated object manufacturing，LOM）；（2）立體光固化，包括光固化成型（stereo lithography appearance，SLA）、數(shù)字光處理（digital light processing，DLP）、連續(xù)液面提?。╟ontinuous liquid interface production，CLIP）、雙光子聚合（two-photon polymerization，TPP）；（3）材料擠出，包括熔融擠出成型（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）、直接墨水書(shū)寫(xiě)（direct ink writing，DIW）；（4）材料噴射，包括納米顆粒噴射（nanoparticle jetting，NPJ）、聚合物噴射（polymer jetting，PolyJet）、電噴印（electrohydrodynamic jet printing，E-Jet）；（5）黏結(jié)劑噴射，包括三維打印與膠粘（three dimensional printing and gluing，3DP）；（6）粉末床熔融，包括激光選區(qū)燒結(jié)（selective laser sintering，SLS）、激光選區(qū)熔化（selective laser melting，SLM）、直接金屬燒結(jié)（direct metal laser sintering，DMLS）、電子束熔化（electronbeammelting，EBM）；（7）定向能量沉積，包括激光立體成型（laser solid forming，LSF）、電子束熔絲成型（electron beam freeform fabrication，EBFF）[7-8]。

3D 打印可以同時(shí)融合多種打印技術(shù)原理，如PolyJet 噴出的是光固化樹(shù)脂，噴射完成后進(jìn)行紫外光固化。TPP、E-Jet 等可實(shí)現(xiàn)微納尺寸結(jié)構(gòu)（一般50 μm 以下）3D 打印[8]。受限于材料、工藝、技術(shù)水平等方面因素，目前成熟并廣泛應(yīng)用的3D 打印技術(shù)包括 LOM、SLA、FDM、SLS、SLM、3DP、DIW 及DLP。這些打印方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的打印場(chǎng)景。本文將重點(diǎn)介紹3D 打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景展望。

1 3D 打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

由于適用于小批量、高度定制等場(chǎng)合，3D 打印迅速與生物醫(yī)學(xué)結(jié)合，形成生物3D 打印。生物3D打印有廣義和狹義之分。廣義生物3D 打印是指直接為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域服務(wù)的3D 打印。狹義生物3D 打印是指操作含有細(xì)胞的生物墨水構(gòu)建活體組織結(jié)構(gòu)，是生物3D 打印的高級(jí)階段和終極目標(biāo)。從發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，廣義生物3D 打印可大致分為4 個(gè)層次，分別是醫(yī)療輔具、不可降解植入物、可降解植入物和載細(xì)胞打印[9]。

1.1 第一層次：醫(yī)療輔具

1.1.1 適用范圍

醫(yī)療輔具是3D 打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的初級(jí)應(yīng)用，主要產(chǎn)品包括醫(yī)學(xué)模型和體外醫(yī)療器械等，一般不要求生物相容性。在醫(yī)療輔具制備方面，3D打印技術(shù)通常與醫(yī)學(xué)影像技術(shù)結(jié)合，模擬構(gòu)建人體結(jié)構(gòu)模型，有助于患者和醫(yī)務(wù)人員更好地了解病情并擬定手術(shù)方案。

1.1.2 相關(guān)研究

Stoker 等[10]于1992 年首次將SLA 技術(shù)用于顱頜面外科整形手術(shù)的術(shù)前模擬，開(kāi)啟了3D 打印對(duì)外科手術(shù)指導(dǎo)的大門(mén)。張濤等[11]報(bào)道在156 例高血壓性腦出血血腫穿刺術(shù)中，78 例使用了利用患者顱腦CT 數(shù)據(jù)進(jìn)行3D 打印的手術(shù)導(dǎo)板確定穿刺導(dǎo)管的角度、深度及位置。相對(duì)于傳統(tǒng)穿刺術(shù)，手術(shù)導(dǎo)板提高了定位準(zhǔn)確性，更有效地清除了血腫，如圖1 所示。Raisian 等[12]在10 例單側(cè)眶底骨折修復(fù)術(shù)中，5 例根據(jù)患者未受影響的對(duì)側(cè)眼眶CT 數(shù)據(jù)采用聚乳酸（polylactic acid，PLA）進(jìn)行 3D 打印眼眶模型，由于PLA 具有良好的生物相容性，在模型標(biāo)識(shí)點(diǎn)附近，可安全地個(gè)性化彎曲用于修復(fù)骨面的鈦網(wǎng)。與另外5例常規(guī)彎曲鈦網(wǎng)對(duì)比，在眼球內(nèi)陷及其他并發(fā)癥等方面，植入個(gè)性化鈦網(wǎng)重建眶骨骨折具有更好的效果。顧飛等[13]在18 例初次單側(cè)膝關(guān)節(jié)單髁置換術(shù)中，利用患者膝關(guān)節(jié)CT 及MRI 數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)軟件上測(cè)量及模擬截骨，利用3D 打印技術(shù)打印個(gè)性化截骨導(dǎo)板并指導(dǎo)手術(shù)，術(shù)后下肢力線滿意，早期膝關(guān)節(jié)功能得到明顯改善。周路球等[14]利用30 例顱內(nèi)動(dòng)脈瘤患者的三維CT 血管造影數(shù)據(jù)將動(dòng)脈瘤及毗鄰重要組織等比例打印出來(lái)，進(jìn)行術(shù)前模擬手術(shù)訓(xùn)練，為提高手術(shù)準(zhǔn)備質(zhì)量、改善患者預(yù)后效果提供了保障。3D 打印將實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)模型向擬人化醫(yī)學(xué)模型發(fā)展，通過(guò)硅膠材質(zhì)、多色彩材質(zhì)、多X 射線吸光度材質(zhì)、嵌入式系統(tǒng)及傳感器技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)模型材質(zhì)擬人化、色彩擬人化、影像學(xué)擬人化、功能擬人化及智能化，大大提高醫(yī)務(wù)人員技能培訓(xùn)水平及手術(shù)規(guī)劃能力等[15]。

圖1 3D 打印手術(shù)導(dǎo)板輔助血腫穿刺術(shù)[11]

1.1.3 評(píng)價(jià)

將3D 打印醫(yī)療輔具用于教學(xué)、培訓(xùn)、手術(shù)輔助、手術(shù)模擬及術(shù)前規(guī)劃等，可促進(jìn)醫(yī)學(xué)知識(shí)的傳播，有效減少手術(shù)時(shí)間和出血量，提高手術(shù)精度和成功率[16-17]。相對(duì)于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)模式，3D 打印醫(yī)療輔具能大大提高醫(yī)務(wù)工作者的醫(yī)學(xué)認(rèn)知和手術(shù)水平。

1.2 第二層次：不可降解植入物

1.2.1 適用范圍

不可降解植入物主要是使用鈦、鈦合金、鉭等不可降解生物惰性金屬材料進(jìn)行3D 打印，這些材料具有優(yōu)異的生物相容性、強(qiáng)耐腐蝕性、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)[18]。鈦和鈦合金是目前牙齒、骨植入物的主要金屬原材料，鉭等金屬材料仍處于研究階段，臨床應(yīng)用剛起步。根據(jù)金屬材料的結(jié)構(gòu)和特性，金屬3D 打印方式主要包括SLS、SLM 及EBM。

1.2.2 相關(guān)研究

游嘉等[19]利用3D 打印技術(shù)打印出連通多孔結(jié)構(gòu)的鈦金屬多根牙種植體，孔隙300～400 μm，通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及對(duì)照，骨組織長(zhǎng)入種植體表面孔隙內(nèi)，且具有高骨組織致密性，表明3D 打印牙種植體具有良好的骨結(jié)合能力。張豪等[20]對(duì)13 例患者使用3D打印鈦合金胸肋骨植入物進(jìn)行胸壁缺損重建手術(shù)，隨訪觀察1 a，未發(fā)生植入物斷裂、移位、排斥、過(guò)敏等情況，臨床效果良好，可滿足個(gè)性化胸壁重建修復(fù)需求。郭宇等[21]根據(jù)8 名患者骨盆CT 數(shù)據(jù)，根據(jù)髖臼骨缺損形態(tài)設(shè)計(jì)并打印鈦合金骨小梁金屬臼杯（如圖2 所示），結(jié)合植骨等技術(shù)，重建髖臼骨缺損。臨床結(jié)果顯示，術(shù)后患者大大改善了髖關(guān)節(jié)功能，可恢復(fù)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心，早期臨床療效滿意。裴延軍等[22]行6 例患者下肢骨腫瘤切除術(shù)，骨缺損長(zhǎng)度（18.19±3.74）cm，利用3D 打印技術(shù)打印鈦合金假體并植入，與缺損部位匹配良好。至末次隨訪，無(wú)腫瘤復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移，假體穩(wěn)定，未發(fā)生假體周?chē)腥镜龋? 例患者能正?；顒?dòng)，獲得良好的短期臨床療效。Wauthle 等[23]通過(guò)SLM 制備多孔鉭植入物，具有高孔隙率、高彈性模量、無(wú)細(xì)胞毒性等特點(diǎn)，滿足骨植入材料要求。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，植入體內(nèi)后有明顯骨組織長(zhǎng)入，與骨界面形成較好的結(jié)合，證明3D 打印多孔鉭植入物具有優(yōu)良的力學(xué)性能、生物相容性和骨傳導(dǎo)性等，可以用來(lái)修復(fù)治療骨缺損。

1.2.3 評(píng)價(jià)

鈦等金屬植入物在臨床應(yīng)用中被廣泛使用，并在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍是臨床使用主流，但因其射線不可透、不可生物降解等缺陷，在特定場(chǎng)合有必要研制新型材料進(jìn)行替換。

圖2 3D 打印鈦合金骨小梁金屬臼杯[21]

1.3 第三層次：可降解植入物

1.3.1 適用范圍

可降解植入物主要用于骨組織工程支架、神經(jīng)支架等。根據(jù)材料屬性可分為3 類(lèi)，分別是：（1）金屬，包括鐵合金、鎂合金；（2）生物陶瓷無(wú)機(jī)材料，包括羥基磷灰石（hydroxyapatite，HA）、β-磷酸三鈣（betatricalcium phosphate，β-TCP）、硅酸鈣（CaSiO3）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）；（3）聚合物，包括聚己內(nèi)酯（polycaprolactone，PCL）、聚乳酸-羥基乙酸共聚物（poly（lactic-co-glycolic acid），PLGA）[24]。植入物可定制合適的剛度和孔隙度，最大限度促進(jìn)組織融合及自身降解。金屬材料力學(xué)性能好，生物相容性較差；生物陶瓷無(wú)機(jī)材料力學(xué)性能差，生物相容性好；聚合物力學(xué)性能和生物相容性均較好。為了平衡力學(xué)性能及生物相容性等方面因素，多采用復(fù)合材料進(jìn)行可降解植入物的生物3D 打印。

1.3.2 相關(guān)研究

Chou 等[25]通過(guò)黏結(jié)劑噴射打印、燒結(jié)等過(guò)程形成鐵錳合金可生物降解骨支架，支架表現(xiàn)出與天然骨相似的拉伸力學(xué)性能、良好的生物相容性，是一種較為理想的生物應(yīng)用材料。Bose 等[26]將氧化鐵和二氧化硅混入β-TCP 中，利用3D 打印形成支架，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，摻雜Fe3+、Si4+能促進(jìn)早期新骨和血管的形成，加速骨缺損愈合。Lai 等[27]以鎂（Mg）粉、PLGA、β-TCP 為原料，采用低溫3D 打印技術(shù)制備了新型多孔PLGA/TCP/Mg（PTM）支架。在兔類(lèi)固醇相關(guān)性骨壞死實(shí)驗(yàn)中表明，PTM 能顯著促進(jìn)新骨形成及血管生長(zhǎng)，表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能，是一種很有前途的復(fù)合生物材料。Zhang 等[28]采用3D 凝膠打印多孔硅酸鈣骨組織工程支架，通過(guò)調(diào)整配比、固化成型、自然干燥、脫脂、燒結(jié)等過(guò)程，得到的支架具有均勻的孔隙和微孔，支架的孔隙率和抗壓強(qiáng)度與人體松質(zhì)骨相當(dāng)，如圖 3 所示。Williams 等[29]使用 SLS 制備多孔PCL 支架用于骨組織工程，研究表明，支架抗壓強(qiáng)度和模量均在松質(zhì)骨范圍內(nèi)，支持骨組織入內(nèi)生長(zhǎng)。Vijayavenkataraman等[30]以PCL 和還原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）采用 E-Jet 打印出PCL/rGO 支架，實(shí)驗(yàn)表明，PCL/rGO 支架比 PCL 支架更能促進(jìn)PC12 細(xì)胞的神經(jīng)分化，為解決周?chē)窠?jīng)損傷、制作神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管提供了可選方案。

1.3.3 評(píng)價(jià)

圖 3 3D 打印 CaSiO3 支架[28]

在特定情況下，具有安全降解產(chǎn)物的可降解植入物比不可降解植入物對(duì)人體影響更小，更有利于人體組織生長(zhǎng)及功能恢復(fù)。部分可降解植入物已在臨床上初步使用，但需要突破的技術(shù)瓶頸還有很多，如降解周期的優(yōu)化、降解產(chǎn)物對(duì)患者的長(zhǎng)期影響及生產(chǎn)成本等，還需要科研人員不斷研究探索。

1.4 第四層次：載細(xì)胞打印

1.4.1 適用范圍

載細(xì)胞打印是指活體細(xì)胞包裹在水凝膠等生物材料中形成生物墨水，以3D 打印的方式構(gòu)建器官或器官原型，可廣泛應(yīng)用于組織修復(fù)、組織發(fā)育機(jī)制及藥物篩選等場(chǎng)合[31]。水凝膠是由分散在水介質(zhì)的親水聚合物鏈通過(guò)各種交聯(lián)機(jī)制形成的，常用的親水聚合物包括海藻酸鹽、明膠、甲基丙烯酸酐化明膠（methacrylate gelatin，GelMA）。交聯(lián)是指液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殒i水網(wǎng)絡(luò)狀固態(tài)的過(guò)程，交聯(lián)機(jī)制包括熱誘導(dǎo)糾纏、分子自組裝、靜電相互作用、離子交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)[32]。水凝膠等生物材料的作用是打印時(shí)保護(hù)細(xì)胞不受損壞，使細(xì)胞分布均勻、防止沉降，打印后為細(xì)胞生長(zhǎng)模擬體內(nèi)環(huán)境。常見(jiàn)的載細(xì)胞打印方式有DIW、SLA和E-Jet 等[33]，前2 種打印方式使用最為廣泛。目前載細(xì)胞打印的研究主要集中在皮膚、血管、軟骨、組織器官及腫瘤模型等方面。

1.4.2 相關(guān)研究

圖4 3D 打印與人工沉積制備皮膚組織的對(duì)比[34]

Lee 等[34]運(yùn)用擠出式生物打印技術(shù)以角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞作為表皮和真皮的組成細(xì)胞、膠原作為真皮基質(zhì)，分層對(duì)皮膚進(jìn)行模擬打印，組織學(xué)和免疫熒光表征表明，3D 打印的皮膚組織在形態(tài)學(xué)和生物學(xué)上可代表人類(lèi)活體皮膚組織。對(duì)比傳統(tǒng)皮膚工程方法（人工沉積），3D 生物打印皮膚具有靈活性、重復(fù)性、形狀保持和培養(yǎng)能力等方面的優(yōu)勢(shì)，可作為進(jìn)一步研究皮膚病模型的基礎(chǔ)，如圖4 所示。Kolesky 等[35]利用人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（human mesenchymal stem cells，HMSCs）、新生兒真皮成纖維細(xì)胞（human neonatal dermal fibroblasts，HNDFs）、臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVECs）組成的多種生物墨水打印血管，將實(shí)質(zhì)、基質(zhì)和內(nèi)皮整合到血管厚組織中，形成可灌注、內(nèi)皮化的血管網(wǎng)絡(luò)組織，為人體組織制作和研究開(kāi)辟了新的路徑。Nguyen 等[36]利用人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（human induced pluripotent stem cells，hiPSCs）、受輻射的人軟骨細(xì)胞、納米纖維素（nanofibrillated cellulose，NFC）和海藻酸鹽組成生物墨水進(jìn)行3D 打印，有明顯的軟骨生成，可作為未來(lái)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)的一種治療手段。Lee 等[37]使用懸浮水凝膠自由形式可逆嵌入（freeform reversible embedding of suspended hydrogels，F(xiàn)RESH）方法，用膠原蛋白進(jìn)行3D 打印，形成具有一定功能的心臟“零件”，這項(xiàng)突破性研究向全尺寸打印心臟及人體其他器官邁近了一步。Ma 等[38]通過(guò)DLP 利用hiPSCs 來(lái)源的肝祖細(xì)胞（hepatic progenitor cells，HPCs）和支持細(xì)胞嵌入到三維微觀六邊形水凝膠結(jié)構(gòu)，促進(jìn)細(xì)胞成長(zhǎng)，形成肝小葉結(jié)構(gòu)，該模型具有天然肝臟結(jié)構(gòu)，可用于肝病藥物篩選和建模等。Yi 等[39]利用生物墨水直寫(xiě)構(gòu)建高度仿生的體外膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型，根據(jù)不同患者產(chǎn)生特異性的腫瘤類(lèi)似物，觀察體外環(huán)境放、化療對(duì)患者腫瘤的細(xì)胞學(xué)影響及特異性反應(yīng)，幫助評(píng)估方案的治療效果，為臨床精準(zhǔn)用藥提供依據(jù)。

1.4.3 評(píng)價(jià)

目前，載細(xì)胞打印仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，需要解決能不能造、能不能活、能不能用等問(wèn)題，具體包括水凝膠等生物材料成型精度能否達(dá)到組織要求、營(yíng)養(yǎng)素輸送能否滿足細(xì)胞需求、堆疊細(xì)胞能否發(fā)揮整體生物組織功能。盡管載細(xì)胞打印取得一些成績(jī)，但依然任重而道遠(yuǎn)。

2 3D 打印在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的前景展望

2.1 國(guó)家層面支持

近年來(lái)，國(guó)家有關(guān)部門(mén)對(duì)3D 打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展高度重視，分別在標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展、規(guī)章制度保障等方面給予支持，大力推進(jìn)3D 打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化發(fā)展，先后出臺(tái)了GB/T 35351—2017《增材制造術(shù)語(yǔ)》、GB/T 35021—2018《增材制造工藝分類(lèi)及原材料》等十余項(xiàng)關(guān)于增材制造的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局2019 年第53號(hào)公告和第70 號(hào)通告，發(fā)布了《定制式醫(yī)療器械監(jiān)督管理規(guī)定（試行）》《無(wú)源植入性骨、關(guān)節(jié)及口腔硬組織個(gè)性化增材制造醫(yī)療器械注冊(cè)技術(shù)審查指導(dǎo)原則》。隨著生物3D 打印技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展成熟以及應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，國(guó)家將出臺(tái)更多標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和制度，進(jìn)一步規(guī)范定制式醫(yī)療器械監(jiān)督管理，保障定制式醫(yī)療器械的安全性、有效性。

2.2 生物材料發(fā)展

生物材料是用于人體修復(fù)、治療等作用的特殊類(lèi)型材料，生物3D 打印對(duì)生物材料有較高的要求。對(duì)于體外接觸人體的生物材料，一般要求具有生物相容性，如殼聚糖、瓊脂糖、纖維素、纖維蛋白、膠原蛋白、明膠、海藻酸鹽等。對(duì)于植入體內(nèi)的生物材料，一般要求具有生物活性或生物可降解性，如鎂合金、羥基磷灰石、硅酸鈣、磷酸鈣和生物活性玻璃等。近年來(lái)，細(xì)胞作為一種生物材料進(jìn)行3D 打印帶來(lái)了更高的挑戰(zhàn)，細(xì)胞的活性直接決定打印體的活性。目前，可選擇的生物材料依然有限，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，特別是材料科學(xué)進(jìn)一步與細(xì)胞生物學(xué)結(jié)合，將研發(fā)更多適合3D 打印的生物材料并應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

2.3 打印技術(shù)革新

為滿足生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化需求，需進(jìn)一步提高3D 打印技術(shù)的效率和精度等。目前，3D 打印效率普遍偏低且精度不足，特別是載細(xì)胞打印，打印產(chǎn)物表面粗糙度較高，流體的流變性能對(duì)打印精度有較大影響。此外，3D 打印成品需要大量人工參與，特別是支撐物去除和后處理等環(huán)節(jié)。3D 打印技術(shù)在工藝上有進(jìn)一步提升的空間，例如可與等材、減材等傳統(tǒng)制造工藝結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)及效益最大化；可與人工智能、云計(jì)算等技術(shù)結(jié)合，提高自主學(xué)習(xí)能力，推動(dòng)3D 打印智能化發(fā)展。

2.4 多元交叉融合

與“互聯(lián)網(wǎng)+”一樣，3D 打印將作為一種技術(shù)手段融入人類(lèi)生活的方方面面，形成“3D 打印+”，即“3D 打印+傳統(tǒng)行業(yè)”，促進(jìn)傳統(tǒng)行業(yè)優(yōu)化升級(jí)轉(zhuǎn)型，推動(dòng)科技不斷進(jìn)步。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，3D 打印技術(shù)將與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)技術(shù)深度融合，創(chuàng)造新的醫(yī)療產(chǎn)品，形成多元交叉。目前，3D 打印在藥物制備、給藥方式、傷口敷料等方面取得了較大的進(jìn)步。在不改變配方的前提下，利用3D 打印技術(shù)打印具有特定形狀的藥片，通過(guò)調(diào)整體積和表面積等，控制藥物釋放曲線，定制個(gè)性化藥物；利用SLA 等技術(shù)打印聚合物微針貼片，在微針貼片表面噴涂藥品用于經(jīng)皮給藥（transdermal drug delivery，TDD）；3D 定制打印具有較高孔隙率的水凝膠敷料，有望更有效促進(jìn)感染傷口愈合，抑制瘢痕組織形成。隨著3D 打印與不同元素交叉，將帶來(lái)更多新型產(chǎn)品。

3 結(jié)語(yǔ)

3D 打印技術(shù)在理論上較為完備，技術(shù)工藝上也不斷創(chuàng)新突破。作為一項(xiàng)革新的技術(shù)，3D 打印改變了人們的思維方式，給科學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的工具，并有望創(chuàng)造出巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。目前，3D打印技術(shù)已在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，未來(lái)將持續(xù)深入生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)方面，開(kāi)啟生物醫(yī)學(xué)個(gè)性化設(shè)計(jì)和促進(jìn)醫(yī)療水平質(zhì)的提高，為人類(lèi)健康事業(yè)提供廣闊空間。