3D打印是增材制造的一種形式，通過對(duì)材料進(jìn)行選擇性的增量分層以形成3D結(jié)構(gòu)來生產(chǎn)產(chǎn)品。目前有三種主要能夠應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的3D打印方式：3D打印制藥（printing of pharmaceuticals）、3D打印結(jié)構(gòu)性醫(yī)療器械（printing of structural medical devices）和3D生物打印（3D bioprinting）。其中，3D生物打印是一種以活細(xì)胞和生物相容性材料（生物材料）在三維結(jié)構(gòu)上打印類似活體組織結(jié)構(gòu)的新科技手段。

這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用過程中用到的細(xì)胞和生物材料被稱為“生物墨水”，可以打印出能夠模仿體內(nèi)復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)的組織。3D生物打印技術(shù)目前的研究重點(diǎn)是制造患病組織模型，這些模型可以替代實(shí)驗(yàn)動(dòng)物測試新藥。這項(xiàng)技術(shù)還被用來進(jìn)行新的醫(yī)學(xué)療法研究。這種利用生物打印制造像組織一樣的材料的技術(shù)被稱為“生物制造”。

運(yùn)用這種技術(shù)，生物墨水的選擇尤為重要，那么如何選擇合適的生物墨水呢？

生物墨水是用來制造仿生組織結(jié)構(gòu)的，理想的生物墨水應(yīng)該具備以下條件：一是保持正確的物理屬性以便打印。二是滿足反應(yīng)（凝膠）的需求，能夠塑造一個(gè)三維形狀。三是生物相容性,在有毒產(chǎn)品中不降解。四是具有活體組織的機(jī)械相似屬性。五是在機(jī)體中能夠支持細(xì)胞的生長。

具有這些特性的材料主要包括天然蛋白質(zhì)，如明膠和絲。將它們制成液體溶液，需要打印時(shí)，就可以按需制備半固體材料。由于生物墨水是用來制造組織狀結(jié)構(gòu)的，因此，它可能還含有活細(xì)胞，但將細(xì)胞添加到生物墨水中會(huì)使其變得更加細(xì)膩，打印難度更高。

3D生物打印技術(shù)，已經(jīng)越發(fā)成熟，主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：

1.肺

肺的核心功能單位是肺泡，肺泡是氣體（氧氣）進(jìn)入毛細(xì)血管的地方。美國的一些大學(xué)研發(fā)了一種水凝膠，可以模仿血管通道。當(dāng)紅細(xì)胞被泵出并通過這些通道時(shí)，能夠獲得氧氣（圖1）。

2.卵巢

國外已經(jīng)有研究機(jī)構(gòu)打印出能夠維持卵泡生活的明膠結(jié)構(gòu)。當(dāng)這些人造卵巢被移植到絕育小鼠的體內(nèi)時(shí)，可以發(fā)育出血管和卵泡并且自然成熟。人工植入的卵巢能夠使受精卵在母體內(nèi)發(fā)育到足月出生，母體也能哺乳，并表現(xiàn)出正常的激素功能。

3.角膜（基質(zhì)）

利用微擠壓打印技術(shù)打印了角膜的一部分（眼球前部的透明部分）。造出了膠原蛋白和包含人類角膜細(xì)胞的海藻酸生物墨水，并打印成一個(gè)定制的角膜模具，模具去除后留下的便是透明的角膜組織。

雖然3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了一段時(shí)間了，但是還是面臨這一些挑戰(zhàn)，比如（1）組織異質(zhì)性。組織和器官由各種不同類型的細(xì)胞組成。先隔離后打印每種類型的細(xì)胞，并確保它們位于解剖學(xué)上的對(duì)應(yīng)位置和并能充分發(fā)揮作用仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。（2）血管。血液供應(yīng)幾乎是所有組織的一個(gè)關(guān)鍵功能。沒有血液供應(yīng)，大多數(shù)組織會(huì)迅速死亡。重新創(chuàng)建這個(gè)血液供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)非常困難，嘗試打印血管（內(nèi)皮）或使用激素促進(jìn)其增長的探索正在持續(xù)進(jìn)行。（3）組織和器官排斥。用于打印的生物材料可能會(huì)引發(fā)來自病人的免疫排斥反應(yīng)，特別是當(dāng)打印的生物構(gòu)造體包含來自捐獻(xiàn)者的細(xì)胞時(shí)。

在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間里，3D打印技術(shù)一定是一個(gè)有潛力的發(fā)展方向，以后會(huì)更多的運(yùn)用到醫(yī)學(xué)及更多領(lǐng)域。

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