3D打印在目前應用的領(lǐng)域中具體發(fā)展到什么地步了？
3D打印是這個(gè)時(shí)代制造業(yè)最具顛覆性的技術(shù)，目前我國已經(jīng)把3D打印作為《中國制造2025》的發(fā)展重點(diǎn)。2017年，國家發(fā)改委、工信部、教育部等12部門(mén)聯(lián)合發(fā)布《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計劃（2017-2020）》，確定了四大領(lǐng)域成為3D打印應用重點(diǎn)，醫療就是其中之一。
2019年中國3D打印市場(chǎng)規模已接近30億元，而醫療3D打印應用所占市場(chǎng)份額已達到12.3%，僅次于航空航天、汽車(chē)和機械行業(yè)，位居第四。
(我國3D打印重點(diǎn)領(lǐng)域分布 來(lái)源：眾成醫械研究院)
《Biofabrication》主編孫偉教授生物3D打印的各個(gè)層面提出目前現狀、存在的問(wèn)題與未來(lái)的可能路徑，從構造單元層面上提出了生物3D打印的五個(gè)階段。眾成醫械研究院依據這五個(gè)技術(shù)階段，整理了3D打印在醫療行業(yè)中的應用情況：
階段一：手術(shù)模型及規劃
3D打印術(shù)前模型采用3D打印計算機輔助手術(shù)“個(gè)性化”治療方案是利用CT圖像、計算機三維重建、快速成型構建患病部位模型和三維手術(shù)設計模擬技術(shù)，在術(shù)前能多視角觀(guān)察，使患病器官能更完整、直觀(guān)、立體地展現出來(lái)，準確評估病癥。
（1） 心臟模型
2019年，空軍軍醫大學(xué)西京醫院心血管外科成功實(shí)施亞洲首例3D打印指導下的經(jīng)導管二尖瓣瓣中瓣置換術(shù)。在術(shù)前，治療團隊通過(guò)CT技術(shù)獲取數據，利用3D打印技術(shù)制作心臟3D模型，結合預設模型，精準解剖風(fēng)險評估和手術(shù)模擬，進(jìn)一步明確手術(shù)指征和方案。
(心臟模型3D打印)
（2） 顱骨內血管模型
基于CT掃描重建后的顱骨三維體數據，利用骨骼化算法提取顱骨內血管，并通過(guò)形態(tài)學(xué)區分主血管與毛細血管的關(guān)系，統計分析顱骨中血管的詳細數據，可為后續3D打印顱骨支架提供良好的理論依據。
(顱骨內血管3D打印)
（3） 口腔修復模型
用口腔掃描儀或其他3D掃描儀得到的牙齒數據所打印的修復模型以及牙齦模型就是口腔修復模型，這是一種將術(shù)前虛擬設計的種植體方案精確轉移至患者口內的個(gè)性化手術(shù)輔助工具。它可以幫助在手術(shù)中精確地控制種植體植入的位置、方向、角度甚至深度，輔助醫生的種植體植入，使最終的種植修復與術(shù)前的理想設計方案實(shí)現統一，有效降低手術(shù)風(fēng)險、縮短治療時(shí)間。
(口腔修復模型3D打印)
階段二：義肢與骨科植入物
（1） 義肢
當前3D打印的義肢已完成商業(yè)化，不僅能依據肢體尺寸量身定制，甚至能定制個(gè)性化圖案及功能。美國紐約的人造義肢公司Unlimited Tomorrow在2019年的國際消費電子展(CES)上展出了一套配備了肌肉傳感器和一套人工智能控制系統，二者相互協(xié)同合作，可協(xié)助截肢兒童重新恢復抓取物體的能力。
(義肢3D打印)
（2） 骨科植入物
2016年，陸軍軍醫大學(xué)附屬一院創(chuàng )傷關(guān)節外科團隊攻克了個(gè)性化多孔鉭設計、鉭粉制備、3D打印設備及工藝等一系列具有自主知識產(chǎn)權的關(guān)鍵技術(shù)。2017年完成全球首例個(gè)性化3D打印多孔鉭假體植入人工全膝關(guān)節置換翻修術(shù)，目前已完成27例3D打印多孔鉭臨床試驗研究。同時(shí)，通過(guò)團隊攻關(guān)，制造出了全球第一個(gè)電子束3D打印金屬鉭3D打印機，實(shí)現了對鉭粉末的3D打印。
(全球第一例個(gè)體化3D打印鉭金屬墊塊)
階段三：腦（脊）脊膜補片與人造皮膚修復體
（1） 腦（脊）脊膜補片
當腦膜受損時(shí)，通過(guò)3D打印技術(shù)快速打印成型對應的腦膜，貼在大腦的受損處，令腦細胞自動(dòng)生長(cháng)延伸，連接受損部位形成新生組織。廣州邁普公司開(kāi)發(fā)的“睿膜”，是世界上第一個(gè)生物3D打印的生物可吸收硬腦（脊）膜，并成功實(shí)現產(chǎn)業(yè)化和商品化。它被譽(yù)為世界上最接近自體、修復效果最理想的生物可吸收硬腦（脊）膜。
(“睿膜”的應用過(guò)程)
（2） 人造皮膚修復體
多倫多大學(xué)（UOT）的一個(gè)研究小組在《LabonaChip》（芯片實(shí)驗室）期刊上，發(fā)表了一篇題為《手持式皮膚打印機：原位形成平面生物材料和組織》的文章，文正介紹了一種新的3D生物打印設備。這種手持式3D生物打印機該技術(shù)有望為大面積燒傷患者實(shí)現皮膚修復與治愈。
它使用薄紙和特殊的生物墨水，可以改善組織的再生；將組織片放置在傷口區域的特定部位，形成有效再生受損皮膚的基部，最后生物墨水材料沿著(zhù)每張薄頁(yè)紙的內部以垂直條紋運行，從而使皮膚傷口愈合。
(人造皮膚修復3D打印)
階段四：器官芯片
中國科學(xué)院院刊將器官芯片定義為一種在芯片上構建的器官生理微系統，以微流控芯片為核心，通過(guò)與細胞生物學(xué)、生物材料和工程學(xué)等多種方法相結合，在體外模擬構建包含有多種活體細胞、功能組織界面、生物流體和機械力刺激等復雜因素的組織器官微環(huán)境，反映人體組織器官的主要結構和功能體征。
目前科學(xué)家們已經(jīng)為所有器官創(chuàng )建了工作模型，包括肝臟、肺，甚至是女性生殖系統。大連理工大學(xué)的研究團隊研發(fā)出了一種芯片系統，該芯片系統由多種模塊自上而下依次疊加構成，集成了腸、血管、肝、腫瘤、心、肺、肌肉和腎等細胞或組織，并有“消化液”，“血液”和“尿液”貫穿其中。
(人體器官芯片3D打印)
階段五：器官打印
2019年4月，以色列特拉維夫大學(xué)對外宣布：他們使用3D生物打印技術(shù)打印出世界第一個(gè)可移植心臟！這是人類(lèi)史上第一次成功地設計并打印出完整的心臟，包括細胞、血管、心室和心房。
整個(gè)打印過(guò)程包括了提取患者脂肪細胞，分離細胞材料，將細胞重新編程為有效多功能干細胞和分化心臟細胞或血管內皮細胞，細胞外基質(zhì)，以及一個(gè)三維的外大分子網(wǎng)絡(luò )，例如膠原蛋白和糖蛋白。
所有材料再被加工成一個(gè)個(gè)體化的水凝膠，作為打印機的生物墨水來(lái)使用，用于打印病人特有的，與其血管相容的心臟補片，或者是一個(gè)完整的心臟。預計今年將通過(guò)該技術(shù)完成對動(dòng)物的心臟移植。
(人工心臟3D打印)
醫用3D打印未來(lái)趨勢
當前3D生物打印已跨過(guò)第一、第二階段，在醫療模型、診療器械、康復輔具、假肢、牙齒及人工關(guān)節等方面催生出了一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈雛形。北美市場(chǎng)已有超過(guò)10萬(wàn)個(gè)3D打印髖關(guān)節植入物的術(shù)后測評結果，已實(shí)現為每例患者進(jìn)行量體裁衣，制定個(gè)體化治療方案，將使患者獲得最大的益處。
然而3D生物打印在技術(shù)層面上仍然有幾大限制：
① 需要更多功能性、細胞友好型的生物墨水用于打??；
②需要更好的工藝與打印機，制造高存活率和高精度兼顧的模型；
③需要更快、更強的交聯(lián)劑，保證打印體的完整性與穩定性；
④需要借助微流控技術(shù)來(lái)制造更長(cháng)期的生理模擬系統。
我國政府也正加快解決3D生物打印技術(shù)應用面臨的標準化問(wèn)題，2020年3月5日，國家標準委等6部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《增材制造標準領(lǐng)航行動(dòng)計劃（2020-2022年）》，將行動(dòng)目標確定為到2022年，基本建立3D打印新型標準體系：
①3D打印專(zhuān)用材料、工藝、設備、軟件、測試方法、服務(wù)等領(lǐng)域“領(lǐng)航”標準數量達到80-100項，形成一大批具有競爭性、引領(lǐng)性的團體標準，充分發(fā)揮對3D打印技術(shù)創(chuàng )新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的引領(lǐng)作用。
②推動(dòng)2-3項我國優(yōu)勢3D打印技術(shù)和標準制定為國際標準，3D打印國際標準轉化率達到90%，3D打印標準國際竟爭力不斷提升。
總結
我們相信未來(lái)中國3D生物打印技術(shù)難題的攻克以及新型標準體系的建立，將全力推動(dòng)國內醫療行業(yè)的加速發(fā)展！
