周長春+王科峰

摘 要：3D打印正在引發(fā)全球制造業(yè)革命性變革，它與生物技術結合，可以仿生與個性化地制造、特別是有生命的人體組織與器官，成為支撐第三次產(chǎn)業(yè)革命中生物材料科學與產(chǎn)業(yè)顛覆性變革的關鍵技術。文章綜述了3D打印技術的分類，三維仿生重構建模技術的發(fā)展，以及3D打印技術生物醫(yī)學工程中的應用情況。

關鍵詞：3D打??；生物醫(yī)學工程；發(fā)展現(xiàn)狀

前言

三維打印（Three Dimension Printing，簡稱3DP）屬于一種快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）技術，它由計算機輔助設計（CAD）數(shù)據(jù)通過成型設備以材料逐層堆積的方式實現(xiàn)實體成型?！叭S打印”在技術界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分層制造”等[1]。三維打印起源可追溯于上世紀八十年代，1984年查爾斯·赫爾發(fā)明了將數(shù)字資源打印成三維立體模型的技術，并于1986年成立了3D Systems公司，開發(fā)了第一臺商用立體光敏3D打印機，1988年，斯科特·克倫普發(fā)明了熔融沉積成型技術（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，隨后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先進的兩家3D打印公司。我國清華大學顏永年教授于1988開始研究3D打印成型技術，華中科技大學王運贛教授以及西安交通大學盧秉恒院士等，紛紛于上世紀90年代起就開始涉足3D打印成型技術的研究。

1998年，清華大學的顏永年教授又將3D打印成型技術引入生命科學領域，提出生物制造工程學科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印設備，為制造科學提出了一個新的發(fā)展方向--生物制造。生物制造的一個重要手段即是生物3D打印。生物三維打印是以活細胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）為基本成形單元，設計制造具有生物活性的人工器官、植入物或細胞三維結構，是制造科學與生物醫(yī)學交叉融合的新興學科，它是目前3D打印技術研究的最前沿領域，也是3D打印技術中最具活力和發(fā)展前景的方向[2，3]。

1 3D打印技術的分類

目前比較典型的3D打印快速成形技術主要分為三種[4]：

1.1 粉末粘結3D打印光固化材料3D打印與熔融材料3D打印

粉末粘結3D打印是目前應用最為廣泛的3D打印技術，其工藝過程如下：首先，在工作平臺上均勻鋪灑單位厚度的粉末材料；其次，依據(jù)實體模型離散層面的數(shù)字信息將粘結劑噴射到粉末材料上，使粉末材料粘結，形成單位實體截面層；再次，將工作臺下降一個單位層厚；最后，重復第一步至第三步，逐層堆砌，形成三維打印產(chǎn)品。其存在缺點是，通過粉末粘連成形的零件精度和強度偏低，一般需要后續(xù)工藝提高其強度，但后續(xù)處理工藝會導致零件體積收縮，變形嚴重。

1.2 光固化3D打?。ü饷羧S打印）

該技術使用液態(tài)光敏樹脂作為原料制作零件模型，光敏材料三維打印成形基于噴射成形技術和光固化成形技術，噴頭沿X方向往復運動，根據(jù)零件的截面形狀，選擇性噴射光固化實體材料和光固化支撐材料形成截面輪廓，在紫外光照射下光固化材料邊打印邊固化，層層堆積至制件成形完畢。但其應用于骨骼類產(chǎn)品打印的主要缺點是，當前具有生物活性的骨骼類材料如羥基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需與光敏材料混合使用，因此影響產(chǎn)品的生物活性在打印后將受到很大影響。

1.3 熔融材料3D打印成形

熔融材料三維打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）專利技術，分別加熱兩種絲狀熱塑性材料至熔融態(tài)，根據(jù)零件截面形狀，選擇性涂覆實體材料和支撐材料形成截面輪廓，并迅速冷卻固化，層層堆積至制件成形完畢，其原理與光敏材料3D打印成形類似 [16]。目前熔融材料三維打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有機鹽配置而成的骨水泥，不需要額外添加紫外光照射固化所需的光敏介質，有利于保證材料后續(xù)的生物相容性和生物活性。但由于擠壓式噴頭的噴嘴處壓力大，容易造成阻塞現(xiàn)象，因此對噴嘴和材料漿料的粒徑要求較高。

除三維打印外，應用比較廣泛的商業(yè)化快速成形工藝還包括立體光刻成形（SLA）、選擇性激光燒結成形（SLS）堆疊、實體制造（LOM）、熔融堆積成形（FDM）等，但這些工藝大多需要配備價格昂貴的激光輔助系統(tǒng)，且成型工藝實質上還是類似于上述三種材料疊加-固化技術。因此，三維打印技術被認為是最具生命力的快速成形技術，發(fā)展?jié)摿薮?，在醫(yī)學中的應用前景廣闊，其推廣應用將對傳統(tǒng)的醫(yī)療產(chǎn)品生產(chǎn)模式帶來顛覆性的影響。

2 三維仿生重構建模技術的發(fā)展

基于醫(yī)學圖像的三維重構建模技術是生物3D打印技術的重要研究內(nèi)容之一。3D打印生物構件的實現(xiàn)首先需要在計算機環(huán)境下有效重構和建模，生成可用于驅動打印噴頭的指令數(shù)據(jù)進而操控成型設備實現(xiàn)產(chǎn)品成型。隨著醫(yī)學影像技術的發(fā)展，人體組織的二維斷層圖像數(shù)據(jù)可以方便地獲取以進行醫(yī)學診斷和治療。但是，二維斷層圖像只是表達了某一截面的解剖信息，醫(yī)生可以憑經(jīng)驗由多幅二維圖像去估計病灶的大小及形狀，“構思”病灶與其周圍組織的三維幾何關系，可三維打印設備卻無法根據(jù)這些斷點數(shù)據(jù)進行立體三維成型，因此，基于醫(yī)學圖像的三維重構建模技術是生物3D打印技術的重要前驅步驟。

由于CT或MRI等檢測設備掃描得到的二維圖像信息不能直接用于快速成型，只有通過專用軟件將二維斷層圖像序列重建為三維虛擬模型，并生成為快速成型機可以接受的STL（Stereo Lithography）格式圖形文件，才能最終制造出生物產(chǎn)品三維實體模型。近十多年來，歐美等發(fā)達國家的科研機構對于醫(yī)學圖像三維重建的研究十分活躍，其技術水平正從后處理向實時跟蹤和交互處理發(fā)展，并且已經(jīng)將超級計算機、光纖高速網(wǎng)、高性能工作站和虛擬現(xiàn)實結合起來，代表著這一技術領域未來的發(fā)展方向。endprint

在市場應用領域，國外已經(jīng)研制了三維醫(yī)學影像處理的商品化系統(tǒng)，其中，比較典型的有比利時Materialise公司的Mimics、美國Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在國內(nèi)，中國科學院自動化研究所醫(yī)學影像研究室自主開發(fā)的3D Med是基于普通微機的三維醫(yī)學影像處理與分析系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠接收CT、MRI等主要醫(yī)療影像設備的圖像數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理、二維讀片、距離測量、圖像分割以及三維重建等功能。清華大學計算機系研發(fā)的人體斷面解剖圖像三維重構系統(tǒng)能給外科手術中的影像診斷提供一定的參考。中國科技大學在應用Delphi開發(fā)三維重構軟件的研究上取得了很好的成果。國內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了一些三維醫(yī)學影像處理系統(tǒng)。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高級圖像處理軟件”于2005年4月投入市場。它能對二維醫(yī)學圖像進行快速的三維重建，并能對臨床影像的數(shù)據(jù)進行科學有效的可視化和智能化挖掘和處理，為臨床提供更多有價值的信息。但目前國外優(yōu)秀軟件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的價格非常昂貴，且其技術嚴格保密。國內(nèi)的產(chǎn)品大多沒有自主知識產(chǎn)權和成熟的商業(yè)應用模式。

3 3D打印技術在生物醫(yī)學工程中的應用

3D打印技術在生物醫(yī)學工程中應用廣泛，其應用領域大致包括：體外器官模型、仿生模型制造；手術導板、假肢設計；個性化植入體制造；組織工程支架制造；生物活體器件構建以及器官打??；藥物篩選生物模型等。如圖1所示為3D打印在生物醫(yī)學工程中的各種應用情況[5-7]。

3.1 體外器官模型、仿生模型制造。該類應用主要用于醫(yī)療診斷和外科手術策劃，它能有效地提高診斷和手術水平，縮短時間、節(jié)省費用。便于醫(yī)生、患者之間的溝通，為診斷和治療提供了直觀、能觸摸的信息，從而使手術者之間、醫(yī)生和病人之間的交流更加方便。

3.2 手術導板、假肢設計。該類應用便于訂制精確的個性化假體，實現(xiàn)個性化醫(yī)療需求。根據(jù)患者缺損組織數(shù)據(jù)量身訂制的假肢，可提高假肢設計的精確性，提高手術精確度，確?；颊叩墓δ芑謴停瑴p少患者的痛苦。

3.3 個性化植入體制造。人體許多部位的受損組織，需要個性化定制。如人類面部頜骨（包括上下頜骨） 形態(tài)復雜， 極富個性特征， 形成了個體間千差萬別的面貌特點。人類的頭顱骨，需要準確與顱內(nèi)大腦等軟組織精確匹配扣合，人體的下肢骨、脊柱骨等會嚴重影響患者今后的步態(tài)及功能恢復。因此這類修復體可通過3D打印技術實現(xiàn)個性化訂制和精確 “克隆”受損組織部位和形狀。

3.4 組織工程支架制造。如通過3D打印技術設計和制備具有與天然骨類似的材料組分和三維貫通微孔結構，使之高度仿生天然骨組織結構和形態(tài)學特征，賦予組織工程支架高度的生物活性和骨修復能力。

3.5 生物活體器件構建以及器官打印。此方面的應用大多涉及活體細胞的生物3D打印技術。細胞三維結構體的3D構建可以通過活細胞及其外基質材料的打印構建活體生物器件。如英國赫瑞瓦特大學和一家干細胞技術公司合作，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能。美國康奈爾大學研究人員最近在其發(fā)表的研究論文中稱，他們利用牛耳細胞在3D打印機中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。

3.6 藥物篩選生物模型。藥物篩選指的是采用適當?shù)姆椒?，對可能作為藥物使用的物質（采樣）進行生物活性、藥理作用及藥用價值的評估過程。作為篩選，需要對不同化合物的生理活性做大規(guī)模橫向比較，因此有研究人員指出通過3D打印技術，精確設計仿生組織藥物病理作用模型，可以使人們開在短時間內(nèi)大規(guī)模高通量篩選新型高效藥物。最近，四川大學聯(lián)合加州大學圣地亞哥分校等科研機構，通過3D打印技術設計了一款肝組織仿生結構藥物解毒模型（如圖1-c），該研究成果發(fā)表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究領域的廣泛關注。

3D打印在生物醫(yī)學工程中應用：（a）3D打印磷酸鈣骨組織工程支架； （b）3D打印細胞、活體器官構件；（c）3D打印肝組織仿生結構藥物解毒模型。

4 結束語

三維打印技術正處在蓬勃興起的階段，3D打印技術在生物醫(yī)學工程中得到了廣泛的應用，其應用以及發(fā)展現(xiàn)狀表明：3D打印在體外器官模型、組織工程與再生醫(yī)學、個性化醫(yī)療以及新藥研發(fā)等方面展現(xiàn)出廣闊的應用前景。抓住生物材料及植入器械的三維打印技術新一輪發(fā)展浪潮，發(fā)展我國生物三維打印技術，對發(fā)展我國生物材料醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)步入國際先進水平具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]Kenichi Arai1， Shintaroh Iwanaga， HidekiToda， Capi Genci， Yuichi Nishiyama， Makoto Nakamura. Three-dimensional inkjet biofabrication based on designed images[J]. Biofabrication， 2011， （3）.

[2]Calvert P. Materials Science： printing cells[J]. Science， 2007.

[3]Mironov V， Reis N， Derby B. Bioprinting： a beginning[J]. Tissue Enginerring. 2006.

[4]Karoly Jakab， Francoise Marga， Cyrille Norotte， Keith Murphy， Gordana VunjakNovakovic， Gabor Forgacs. Tissue engineering by self-assembly and bio-printing of living cells[J]. Biofabrication， 2010， （2）.

[5]Vladimir Mironov， Richard P. Visconti， Vladimir Kasyanov， Gabor Forgacs， Christopher J. Drake， Roger R. Markwal. Organ printing： Tissue spheroids as building blocks[J]. Biomaterials， 2009， （30）.

[6]Solaiman Tarafder， Neal M. Davies， Amit Bandyopadhyaya， Susmita Bose. 3D printed tricalcium phosphate bone tissue engineering scaffolds： effect of SrO and MgO doping on in vivo osteogenesis in a rat distal femoral defect model[J]. Biomaterials Science， 2013.

[7]Maling Gou， Xin Qu， Wei Zhu， Mingli Xiang， Jun Yang， Kang Zhang， Yuquan Wei， Shaochen Chen. Bio-inspired detoxification using 3D-printed hydrogel nanocomposites[J]. Nature communications. 2014（5）.

作者簡介：周長春（1979-），男，重慶人，博士，講師，主要研究方向硬組織工程支架，磷酸鈣基生物活性材料。endprint

在市場應用領域，國外已經(jīng)研制了三維醫(yī)學影像處理的商品化系統(tǒng)，其中，比較典型的有比利時Materialise公司的Mimics、美國Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在國內(nèi)，中國科學院自動化研究所醫(yī)學影像研究室自主開發(fā)的3D Med是基于普通微機的三維醫(yī)學影像處理與分析系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠接收CT、MRI等主要醫(yī)療影像設備的圖像數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理、二維讀片、距離測量、圖像分割以及三維重建等功能。清華大學計算機系研發(fā)的人體斷面解剖圖像三維重構系統(tǒng)能給外科手術中的影像診斷提供一定的參考。中國科技大學在應用Delphi開發(fā)三維重構軟件的研究上取得了很好的成果。國內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了一些三維醫(yī)學影像處理系統(tǒng)。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高級圖像處理軟件”于2005年4月投入市場。它能對二維醫(yī)學圖像進行快速的三維重建，并能對臨床影像的數(shù)據(jù)進行科學有效的可視化和智能化挖掘和處理，為臨床提供更多有價值的信息。但目前國外優(yōu)秀軟件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的價格非常昂貴，且其技術嚴格保密。國內(nèi)的產(chǎn)品大多沒有自主知識產(chǎn)權和成熟的商業(yè)應用模式。

3 3D打印技術在生物醫(yī)學工程中的應用

3D打印技術在生物醫(yī)學工程中應用廣泛，其應用領域大致包括：體外器官模型、仿生模型制造；手術導板、假肢設計；個性化植入體制造；組織工程支架制造；生物活體器件構建以及器官打??；藥物篩選生物模型等。如圖1所示為3D打印在生物醫(yī)學工程中的各種應用情況[5-7]。

3.1 體外器官模型、仿生模型制造。該類應用主要用于醫(yī)療診斷和外科手術策劃，它能有效地提高診斷和手術水平，縮短時間、節(jié)省費用。便于醫(yī)生、患者之間的溝通，為診斷和治療提供了直觀、能觸摸的信息，從而使手術者之間、醫(yī)生和病人之間的交流更加方便。

3.2 手術導板、假肢設計。該類應用便于訂制精確的個性化假體，實現(xiàn)個性化醫(yī)療需求。根據(jù)患者缺損組織數(shù)據(jù)量身訂制的假肢，可提高假肢設計的精確性，提高手術精確度，確保患者的功能恢復，減少患者的痛苦。

3.3 個性化植入體制造。人體許多部位的受損組織，需要個性化定制。如人類面部頜骨（包括上下頜骨） 形態(tài)復雜， 極富個性特征， 形成了個體間千差萬別的面貌特點。人類的頭顱骨，需要準確與顱內(nèi)大腦等軟組織精確匹配扣合，人體的下肢骨、脊柱骨等會嚴重影響患者今后的步態(tài)及功能恢復。因此這類修復體可通過3D打印技術實現(xiàn)個性化訂制和精確 “克隆”受損組織部位和形狀。

3.4 組織工程支架制造。如通過3D打印技術設計和制備具有與天然骨類似的材料組分和三維貫通微孔結構，使之高度仿生天然骨組織結構和形態(tài)學特征，賦予組織工程支架高度的生物活性和骨修復能力。

3.5 生物活體器件構建以及器官打印。此方面的應用大多涉及活體細胞的生物3D打印技術。細胞三維結構體的3D構建可以通過活細胞及其外基質材料的打印構建活體生物器件。如英國赫瑞瓦特大學和一家干細胞技術公司合作，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能。美國康奈爾大學研究人員最近在其發(fā)表的研究論文中稱，他們利用牛耳細胞在3D打印機中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。

3.6 藥物篩選生物模型。藥物篩選指的是采用適當?shù)姆椒?，對可能作為藥物使用的物質（采樣）進行生物活性、藥理作用及藥用價值的評估過程。作為篩選，需要對不同化合物的生理活性做大規(guī)模橫向比較，因此有研究人員指出通過3D打印技術，精確設計仿生組織藥物病理作用模型，可以使人們開在短時間內(nèi)大規(guī)模高通量篩選新型高效藥物。最近，四川大學聯(lián)合加州大學圣地亞哥分校等科研機構，通過3D打印技術設計了一款肝組織仿生結構藥物解毒模型（如圖1-c），該研究成果發(fā)表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究領域的廣泛關注。

3D打印在生物醫(yī)學工程中應用：（a）3D打印磷酸鈣骨組織工程支架； （b）3D打印細胞、活體器官構件；（c）3D打印肝組織仿生結構藥物解毒模型。

4 結束語

三維打印技術正處在蓬勃興起的階段，3D打印技術在生物醫(yī)學工程中得到了廣泛的應用，其應用以及發(fā)展現(xiàn)狀表明：3D打印在體外器官模型、組織工程與再生醫(yī)學、個性化醫(yī)療以及新藥研發(fā)等方面展現(xiàn)出廣闊的應用前景。抓住生物材料及植入器械的三維打印技術新一輪發(fā)展浪潮，發(fā)展我國生物三維打印技術，對發(fā)展我國生物材料醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)步入國際先進水平具有十分重要的意義。

參考文獻

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[4]Karoly Jakab， Francoise Marga， Cyrille Norotte， Keith Murphy， Gordana VunjakNovakovic， Gabor Forgacs. Tissue engineering by self-assembly and bio-printing of living cells[J]. Biofabrication， 2010， （2）.

[5]Vladimir Mironov， Richard P. Visconti， Vladimir Kasyanov， Gabor Forgacs， Christopher J. Drake， Roger R. Markwal. Organ printing： Tissue spheroids as building blocks[J]. Biomaterials， 2009， （30）.

[6]Solaiman Tarafder， Neal M. Davies， Amit Bandyopadhyaya， Susmita Bose. 3D printed tricalcium phosphate bone tissue engineering scaffolds： effect of SrO and MgO doping on in vivo osteogenesis in a rat distal femoral defect model[J]. Biomaterials Science， 2013.

[7]Maling Gou， Xin Qu， Wei Zhu， Mingli Xiang， Jun Yang， Kang Zhang， Yuquan Wei， Shaochen Chen. Bio-inspired detoxification using 3D-printed hydrogel nanocomposites[J]. Nature communications. 2014（5）.

作者簡介：周長春（1979-），男，重慶人，博士，講師，主要研究方向硬組織工程支架，磷酸鈣基生物活性材料。endprint

在市場應用領域，國外已經(jīng)研制了三維醫(yī)學影像處理的商品化系統(tǒng)，其中，比較典型的有比利時Materialise公司的Mimics、美國Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在國內(nèi)，中國科學院自動化研究所醫(yī)學影像研究室自主開發(fā)的3D Med是基于普通微機的三維醫(yī)學影像處理與分析系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠接收CT、MRI等主要醫(yī)療影像設備的圖像數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理、二維讀片、距離測量、圖像分割以及三維重建等功能。清華大學計算機系研發(fā)的人體斷面解剖圖像三維重構系統(tǒng)能給外科手術中的影像診斷提供一定的參考。中國科技大學在應用Delphi開發(fā)三維重構軟件的研究上取得了很好的成果。國內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了一些三維醫(yī)學影像處理系統(tǒng)。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高級圖像處理軟件”于2005年4月投入市場。它能對二維醫(yī)學圖像進行快速的三維重建，并能對臨床影像的數(shù)據(jù)進行科學有效的可視化和智能化挖掘和處理，為臨床提供更多有價值的信息。但目前國外優(yōu)秀軟件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的價格非常昂貴，且其技術嚴格保密。國內(nèi)的產(chǎn)品大多沒有自主知識產(chǎn)權和成熟的商業(yè)應用模式。

3 3D打印技術在生物醫(yī)學工程中的應用

3D打印技術在生物醫(yī)學工程中應用廣泛，其應用領域大致包括：體外器官模型、仿生模型制造；手術導板、假肢設計；個性化植入體制造；組織工程支架制造；生物活體器件構建以及器官打?。凰幬锖Y選生物模型等。如圖1所示為3D打印在生物醫(yī)學工程中的各種應用情況[5-7]。

3.1 體外器官模型、仿生模型制造。該類應用主要用于醫(yī)療診斷和外科手術策劃，它能有效地提高診斷和手術水平，縮短時間、節(jié)省費用。便于醫(yī)生、患者之間的溝通，為診斷和治療提供了直觀、能觸摸的信息，從而使手術者之間、醫(yī)生和病人之間的交流更加方便。

3.2 手術導板、假肢設計。該類應用便于訂制精確的個性化假體，實現(xiàn)個性化醫(yī)療需求。根據(jù)患者缺損組織數(shù)據(jù)量身訂制的假肢，可提高假肢設計的精確性，提高手術精確度，確保患者的功能恢復，減少患者的痛苦。

3.3 個性化植入體制造。人體許多部位的受損組織，需要個性化定制。如人類面部頜骨（包括上下頜骨） 形態(tài)復雜， 極富個性特征， 形成了個體間千差萬別的面貌特點。人類的頭顱骨，需要準確與顱內(nèi)大腦等軟組織精確匹配扣合，人體的下肢骨、脊柱骨等會嚴重影響患者今后的步態(tài)及功能恢復。因此這類修復體可通過3D打印技術實現(xiàn)個性化訂制和精確 “克隆”受損組織部位和形狀。

3.4 組織工程支架制造。如通過3D打印技術設計和制備具有與天然骨類似的材料組分和三維貫通微孔結構，使之高度仿生天然骨組織結構和形態(tài)學特征，賦予組織工程支架高度的生物活性和骨修復能力。

3.5 生物活體器件構建以及器官打印。此方面的應用大多涉及活體細胞的生物3D打印技術。細胞三維結構體的3D構建可以通過活細胞及其外基質材料的打印構建活體生物器件。如英國赫瑞瓦特大學和一家干細胞技術公司合作，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能。美國康奈爾大學研究人員最近在其發(fā)表的研究論文中稱，他們利用牛耳細胞在3D打印機中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。

3.6 藥物篩選生物模型。藥物篩選指的是采用適當?shù)姆椒ǎ瑢赡茏鳛樗幬锸褂玫奈镔|（采樣）進行生物活性、藥理作用及藥用價值的評估過程。作為篩選，需要對不同化合物的生理活性做大規(guī)模橫向比較，因此有研究人員指出通過3D打印技術，精確設計仿生組織藥物病理作用模型，可以使人們開在短時間內(nèi)大規(guī)模高通量篩選新型高效藥物。最近，四川大學聯(lián)合加州大學圣地亞哥分校等科研機構，通過3D打印技術設計了一款肝組織仿生結構藥物解毒模型（如圖1-c），該研究成果發(fā)表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究領域的廣泛關注。

3D打印在生物醫(yī)學工程中應用：（a）3D打印磷酸鈣骨組織工程支架； （b）3D打印細胞、活體器官構件；（c）3D打印肝組織仿生結構藥物解毒模型。

4 結束語

三維打印技術正處在蓬勃興起的階段，3D打印技術在生物醫(yī)學工程中得到了廣泛的應用，其應用以及發(fā)展現(xiàn)狀表明：3D打印在體外器官模型、組織工程與再生醫(yī)學、個性化醫(yī)療以及新藥研發(fā)等方面展現(xiàn)出廣闊的應用前景。抓住生物材料及植入器械的三維打印技術新一輪發(fā)展浪潮，發(fā)展我國生物三維打印技術，對發(fā)展我國生物材料醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)步入國際先進水平具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]Kenichi Arai1， Shintaroh Iwanaga， HidekiToda， Capi Genci， Yuichi Nishiyama， Makoto Nakamura. Three-dimensional inkjet biofabrication based on designed images[J]. Biofabrication， 2011， （3）.

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作者簡介：周長春（1979-），男，重慶人，博士，講師，主要研究方向硬組織工程支架，磷酸鈣基生物活性材料。endprint