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医疗健康的应用与发展研究(..)”
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第六节
3D打印
一、概述
3D打印又称三维打印,是指快速成形技术的一种。
它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术。
1.需求分析
医疗领域是3D打印技术应用最多的领域之一,仅2012年的产能占全球产值的16.4%。
据国外媒体报道,美国科学家已用一台3D打印机制造出一个肾脏原型。
在我国,2013年杭州电子科技大学等高校的科学家自主研发出的生物材料3D打印机已成功打印出较小比例的人类耳朵软骨组织、肝脏单元等。
目前,有人提出了“3D打印生命阶梯”
的预想:底层是无生命的假肢;中间是简单的活性组织,如骨骼;简单组织之上是静脉和皮肤;最靠近阶梯顶层的是复杂且关键的器官,如心脏、肝脏和大脑;顶层是完整的生命单位。
3D打印技术在医学领域发展空间巨大的主要原因有:①全球医疗领域的开销巨大,为3D打印技术提供了潜在的发展空间;②医疗行业个性定制化需求显著,3D打印技术以其个性化制造能力与病体需求的差异性充分结合,在人工假体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应;③相对其他领域来说,3D打印技术在医疗行业的应用更具有经济性。
2.组织形式
3D打印在医疗生物行业的应用主要有以下三个方面:
(1)体外医疗器械制造:
体外医疗器械,包括医疗模型、诊疗器械、康复辅具、假肢、助听器、齿科、手术导板等。
根据美国组织AmputeeCoalition的统计,目前美国正有约200万人使用3D打印假肢。
(2)个性化永久植入物:
使用钛合金、钴铬钼合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料通过3D打印对人体身体部位进行复制,包括骨骼、软骨、关节、牙齿等部件通过手术植入人体。
在国内,3D打印“骨骼”
技术已于2013年被正式批准进入临床观察阶段。
(3)3D生物打印:
3D生物打印属较为前沿的研究领域,即使用含细胞和生长因子的“生物墨水”
,结合其他材料层层打印出产品,经体外和体内培育,形成有生理功能的内脏及人体组织。
二、场景
以3D生物打印为例。
1.器官的结构设计
通过三维成像或超声的方法,对人体器官进行精确的测量,以便打印出与目标器官形状、大小及内部结构相近的3D器官。
2.把原材料放进3D打印机中
3D生物打印机所需的“墨水”
,是含有细胞的“生物墨水”
。
首先,从人们的骨髓或脂肪中提取出干细胞,再通过生物化学手段,使它们分化成不同类型的其他细胞。
随后,这些细胞将被封存成“墨粉”
,每一滴“墨粉”
里可能包含1万~3万个细胞;3D生物打印机所需的“纸”
,是一种内含细胞的生物水凝胶,可用作细胞生长的支架。
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