3D打印耳朵

美國當地時間2月20日，康奈爾大學研究人員在《公共科學圖書館綜合卷》上發(fā)表報告稱,，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,。

　　3D打印機的原理跟噴墨打印機類似,，材料從噴嘴噴出，層層疊覆,，最終形成一個三維物體,。3D打印無需用紙，而其“顏料”則是ABS（一種樹脂）,、PLA（一種生物材料）或聚碳酸酯,、金屬粉、黏土,，甚至活細胞等這樣的熱塑性原料,。這比把一塊材料切掉多余部分來得高效多了。而且不像注塑成型方式,，它不需要設置一條裝配線,，是一種個性化的生產模式，借助的是計算機輔助設計,、激光掃描,、材料熔融等技術。

　　類似的人體再造例子還有,。今年2月,，英國赫瑞瓦特大學和一家干細胞技術公司合作，開發(fā)出一種真空閥門式（valve-based）3D打印技術,，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，打印結構還能用于藥物測試，加速改良測試過程,。相關論文發(fā)表在今年2月5日出版的《生物制造》雜志上,。如果生物打印機能夠使用病人自身的干細胞，那么器官移植后的排異反應將會減少,。

　　《經濟學人》分析,，3D打印技術的出現，或許將引領第三次工業(yè)革命,。如果說20世紀初,，誕生于美國、以裝配線為標志的第二次工業(yè)革命,，制造業(yè)進入大規(guī)模生產的時代,。那么3D打印的出現，將讓制造業(yè)重回小規(guī)模,、個性化時代,，此時，制造業(yè)的核心將是創(chuàng)造能力,，而非規(guī)模優(yōu)勢,。

　　3D打印技術因此也引來了多國政府的關注。2012年,，美國政府正式宣布建立國家增材制造創(chuàng)新機構,，推動3D打印技術向國家主流制造技術發(fā)展。

　　據《科學時報》今年2月報道,，繼去年12月工信部副部長蘇波表態(tài)將推動3D打印產業(yè)化之后,，近日科技部有關人士也向媒體透露，目前3D打印相關戰(zhàn)略規(guī)劃正在研究制定中,，有望于全國“兩會”后公布,。



器官如何打印

　　3D打印是將設計轉為實物的手段。因此,，3D打印技術首先是獲得設計圖,。

　　以打印耳朵為例，美國康奈爾大學研究人員首先利用快速旋轉的3D相機拍攝數名兒童現有耳朵的三維信息,，然后將其輸入計算機,，3D打印機會據此打印出耳朵模子。

　　研究人員在模子中注入特殊的膠原蛋白凝膠,，這種凝膠含有能生成軟骨的牛耳細胞,。此后數周內，軟骨逐漸增多并取代凝膠,。3個月后,，模子內出現一個具有柔韌性的人造外耳,，其功能和外表均與正常人耳相似。

　　這一技術有其應用市場,。先天性的小耳畸形在中國的發(fā)病率為5.18:10000左右。常規(guī)的治療手段讓患者痛苦,，而且塑形困難,。3D打印人造耳朵不僅能夠克服上述缺陷，還能夠個性化“定制”,，幫助失去部分或全部外耳的人士,。

　　打造人造耳朵只是牛刀小試。英國科學家在進行的項目有著更大的野心：將人類胚胎干細胞用于3D打印,，這將使移植用人造組織和器官成為可能,。人類胚胎干細胞來自胚胎早期階段產生的“干細胞系”，沒有明確的發(fā)育方向,，可以分化為人體內任何類型的細胞,。

　　參與上述項目的羅斯林·塞拉博干細胞技術公司商業(yè)開發(fā)經理詹森·金稱，“通常,，實驗室培養(yǎng)細胞是在二維平面生長,，只有少數細胞能用三維打印方式。人類干細胞太敏感,，難以用這種方式來控制,。這是世界上首次將人類胚胎干細胞3D打印出來并進行培養(yǎng)�,！�



第三次工業(yè)革命

　　有人戲稱,，如果3D打印機可供家用，那么10年之內人們就能下載,、打印那些丟失的宜家螺栓了,。不過3D打印的意義不僅在此，其將深刻重塑人類工業(yè)生產的圖景,。

　　被譽為中國3D打印之父的中國工程院院士盧秉恒在接受《科學時報》采訪時曾說,，3D打印具有制造周期短，適合單件個性化需求等特點,，在大型薄壁件,、蜂窩狀復雜結構部件、鈦合金等難加工,、易熱成形零件方面具有較大優(yōu)勢,。

　　3D打印不必像以前那樣鍛打、彎曲,、壓切材料的方式進行生產,�,！督洕鷮W人》舉例稱，比如現在個人如果想讓工廠生產一把自己設計的錘子,，采用工廠生產的方式,，需支付上千美元的費用。僅做一個錘子,，成本將無比高昂,，如果是生產成千上萬個錘子，每個錘子的成本將大大降低,。

　　對3D打印機來說,，規(guī)模經濟并不適用。無論是生產一件產品還是生產機器能容納的最大量的產品,，開動機器的成本都是一樣的,。這就像二維的辦公打印機一樣，無論打印一個字母,，還是直到打印到墨盒沒墨,，紙槽沒紙，打印的單位成本總是一樣的,。3D打印技術將使中小企業(yè)甚至個人企業(yè)家大為受益,，后者發(fā)布新穎的產品將會更加容易，成本更低,。

　　發(fā)布新穎的產品更加容易,，創(chuàng)意、設計能力便將成為工業(yè)生產的核心,�,！督洕鷮W人》分析，“生產方式像個輪子一樣兜了個圈又回到了原點,，從大規(guī)模生產方式又轉到了更加個性化的生產方式,。這一轉變反過來將會把制造業(yè)的某些就業(yè)崗位帶回發(fā)達國家�,！�

　　雖然3D打印前途無量,，但目前普遍的看法是，3D打印在材料和精度方面還是遇到了很大瓶頸,，加之成本高企,，這些障礙使得3D打印在目前無法獲得廣泛應用。

　　據盧秉恒向《科學時報》介紹,，目前中國3D打印的大部分應用仍然集中在軍工領域的開發(fā)與模具的制造上,。而從設備數量上看，美國目前各種3D打印設備的數量占全世界40%,，中國只有8%左右,。