3D打印機在生物醫(yī)療領域的應用解析3D打印機在生物醫(yī)療行業(yè)的運用分析

從1988年第一臺3D打印機問世到現(xiàn)在，3D打印仿佛已然變成了1個炙手可熱，耳熟能詳?shù)拿~，還被譽為是“第三次產業(yè)反動的首要標注之一”?？墒窃S多人對它的印象也許僅停頓在“仿佛甚麼高難的建材都能打印出來”的觀念上。但實際上，在過去的十幾年里，3D打印已不再限于于制造業(yè)，它在藥物領域也擴展得非常迅猛，各項有前景的運用接踵而至，此次本文便來簡潔講講3D打印及其在藥物領域中的運用情況。

第一臺3D打印機

一、3D打印的型號

3D 打印技術是20時代80年代后續(xù)開始漸漸興起的一項新興制造技術，它是指在計算機操控下，依據物體的計算機輔助設計（CAD）模型或計算機斷層掃描（CT）等信息，通過原料的準確3D聚積，迅速制造任意高難外形3D物體的新式數(shù)字化成型技術 。

現(xiàn)在運用較多的 3D 打印技術首要含蓋光固化立體印刷（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、選取性激光燒結（SLS）和三維噴印（3DP）等。

1、立體光固化成型打印

立體光固化成型 SLA（stereo lithographyappearance），即用特定波長與強度的激光聚焦到液態(tài)的光固化原料外表，使之由點到線，由線到面的次序凝結，完結1個層面的畫圖功課。接著再移動光波至另1個層面，層層疊加組成1個三維實體。

2、熔融沉積成型打印

熔融沉積成型FDM(Fused DepositionModeling)工藝是通過將絲狀原料，如熱塑性塑料、蠟或金屬的熔絲從加熱的噴嘴擠出，根據零件每一層的預約軌跡，以固定的速度進行熔體沉積。每完結一層，工作臺下落1個層厚進行迭加沉積新的一層，這樣頻頻終極實行零件的沉積成型。FDM 工藝的主要是維持半流動成型原料的熱度恰好在熔點之上 ( 比熔點高 1?C左右)。其每一層片的厚度由擠出絲的直徑決議，往往是0.25~0.50mm。

3、選取性激光燒結打印

選取性激光燒結法 SLS（Se1ected Laser Sintering），采取紅外激光器作能源，應用的外型原料多為粉末原料。加工時，首先將粉末預熱到稍低過其熔點的熱度，接著在刮平棍子的功效下將粉末鋪平 ；激光束在計算機操控下依據分層截面數(shù)據進行有選取地燒結，一層完結后再進行下一層燒結，整個燒結完后去掉多余的粉末，則就闊以獲得一燒結好的零件。

4、三維噴墨打印

三維噴墨打印是通過將液態(tài)連結體鋪放在粉末薄層上，以打印橫截面信息的方法逐層創(chuàng)立各部件，創(chuàng)立三維實體模型。采取這類技術打印成型的樣品模型與實際成品擁有一樣的顏色，還能以將彩色解析結果直接刻畫在模型上，模型樣品所傳播的數(shù)據較大。 三維噴墨打印的原料首要是許多高功能復合原料（高強打印粉）?，F(xiàn)在，三維噴墨打印機是市場上精度最高，成型成效最佳的高端打印設施。

二、3D打印的好壞勢

優(yōu)勢：

（1）打印精度高?，F(xiàn)在上市的主流3D打印機精度根本操控在0.3 mm下列，少數(shù)精度很高的可實行600 dpi的辨別率，打印厚度唯獨0.01 mm。

（2）制造周期短。3D打印可在數(shù)小時內迅速準確地將計算機中的數(shù)字模型打印出來。

（3）滿足個性化需要。理論上講，3D 打印機能打印出計算機設計的所有外形的模型。

（4）節(jié)約原料。3D打印因其增材制造的特征在制造中不會形成邊角料，通過摒棄制造線減低了本錢，提升了原料借用率。

劣勢：

（1）打印精度受限。3D 打印技術成長到如今，固然有了較高的精度，但還不可實行許多特殊精密成品的打印，如拍照機鏡頭等。

（2）應用原料范疇有限?；诂F(xiàn)在 3D 打印機的成型原理，僅可應用金屬粉末、無機粉料、光敏樹脂、塑料等，像衣服纖維如此的特殊原料還顯得無能為力。

（3）打印尺寸受限。3D 打印運用范疇固然全面，但對軍工、航空航天和航海等行業(yè)所須要的大尺寸零部件來說臨時還難以實行。

三、3D 打印技術在藥物行業(yè)的運用

跟著 3D 打印技術的成長和成熟，它在醫(yī)學模型制造、組織器官再生、臨床恢復醫(yī)治和醫(yī)藥研究實驗等行業(yè)也獲得了全面運用。

1、 醫(yī)學模型制造

醫(yī)學模型在根基醫(yī)學和臨床試驗教學中的用處非常全面，用量也大，可是用傳統(tǒng)方式制造醫(yī)學模型程序高難、周期長，在應用流程中極易毀壞。借用 3D 打印制造醫(yī)學教學器具、醫(yī)療試驗模型等用品不單以免了上述問題的顯現(xiàn)，同時還能以依據實際須要對許多特殊模型實行個性化制造。

而針對危害較大的手術，為了確保醫(yī)療手術的安全施行，醫(yī)師會依據病變器官模型進行解析計劃以確認首要的手術計劃。借用 3D打印技術對原料進行準確操控的好處可迅速制備出高品質的器官模型，輔助醫(yī)師進行精確的手術計劃、提高手術的順利率，又便利醫(yī)師與患者利市術計劃進行直觀的溝通。

舉例：

美國一家醫(yī)院順利地為一對連體雙胞胎嬰兒施行了腦袋分離手術，此中引人矚目的是手術前醫(yī)院采取了以色列Obeject企業(yè)的三維打印體制作出準確的連體腦袋。據此進行了縝密的手術計劃研發(fā)，使手術順遂進行，只用了22h，而往常相相似的手術則長達72h。

連體腦袋模型

2、 細胞的制備

近年來，研發(fā)者已開始全面存眷細胞的3D打印技術，如通過攜帶細胞進行3D打印而直接制備植物器官、組織的方式。此技術的好處在于通過對加工流程的準確操控優(yōu)勢，調整細胞在微觀尺度上的擺列狀況，以實行對單個細胞的言行和細胞間的互相功效（細胞與細胞、細胞與原料）進行操控，進而促成細胞生成具有各類性能的組織，為醫(yī)療手術及術后修復供應方便。

3D打印的細胞生長成的肌膚狀片層構造

3、 3D打印組織器官

身體組織器官代替物始終是臨床醫(yī)學上的1個難題，許多患者為此而喪失生命，且身體組織器官替代物對原料的需要較高，實行難度大。但跟著科學技術的成長，3D 打印身體器官已然變成也許。

舉例：

加州大學勝地亞哥分校（UCSD）借用自行研制的數(shù)字光處置（DLP）3D打印機，他們順利打印出了高難的血管網絡，而此網絡在被植入小鼠體內后竟然順利與后者的血管體系實行了交融，以及體現(xiàn)出了常態(tài)的性能。

UCSD隊伍借用3D打印的5毫米大的血管網絡

另外還能借用 3D 技術打印身體肝臟、腎臟和特定細胞組織用來新藥測驗，不單闊以真正模仿身體對醫(yī)藥的反應，獲得確切的測驗成效，況且還可在較大程度上減低新藥的研究本錢。

4、3D打印植入物

3D打印技術用來制造骨科植入物，可有效減低定制化、小大量植入物的制導致本，且這類植入物可以更好地步入身體，改進對患者的醫(yī)治成效。近年來，醫(yī)療領域已越來越多地采取金屬3D打印技術來設計和制造醫(yī)療植入物。

舉例：

澳大利亞聯(lián)邦科學與產業(yè)研發(fā)組織（CSIRO）、墨爾本醫(yī)療植入物企業(yè)Anatomics和英國醫(yī)師聯(lián)手，為一名61歲的英國患者Edward Evans施行了3D打印鈦-聚合物胸骨植入手術，這也是世界獨創(chuàng)。此前這類植入物通常都會用純鈦制造，新式胸骨植入物可以比此前的純鈦植入物更好地輔助重建身體內的“堅固與柔嫩組織”。

應用3D打印制造的鈦-聚合物胸骨

5、3D打印醫(yī)藥

3D打印技術的優(yōu)勢在于個性化制備高難構造，因而用來制藥時闊以實行劑量、外表、口感等的個性化定制，同時由于3D打印的“藥片”可具有特殊的微觀構造，有助于改進醫(yī)藥的宣泄言行，進而提升療效并減低副功效。

舉例：

美國制藥企業(yè)Aprecia順利地運用了3D打印技術，將醫(yī)藥的活性和非活性成份層層擺放，開發(fā)出了世界上第1個3D打印的藥品 —— Spritam（化學名為：左乙拉西坦），這是一類用來醫(yī)治癲癇的醫(yī)藥。這類用醫(yī)藥粉末打印出來的藥丸具有多孔的構造優(yōu)勢，在接觸到水后可以快速溶解，能更快更好地施展效力，以應付突如其來的抽搐。

Aprecia借用3D打印制造的SPRITAM（左乙拉西坦）片劑

固然技術也須要持續(xù)改善，在新原料行業(yè)也須要更多的研發(fā)，但不可承認3D打印是現(xiàn)在醫(yī)藥制造的一類可行方式。但現(xiàn)在3D打印醫(yī)藥最大的戰(zhàn)斗并非在于技術自身，而是監(jiān)管環(huán)境。假設將藥品投放市場但沒有嚴密的監(jiān)管需要，那么就很難確保它的安全有效性。

作為一項新興科技工業(yè)，3D 打印技術在醫(yī)療行業(yè)形成了長遠影響，推進了醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的迅速成長。但現(xiàn)在來看，3D打印醫(yī)用原料的各項技術仍未成熟，若想真實實行3D打印大范疇應用在藥物行業(yè)，還有一段很長的路要走。但相信跟著3D打印技術在程序并且機器方面的迅速成長，機會也會隨之顯現(xiàn)。