首屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)大會于5月29－31日在北京中國大飯店隆重舉行。在會上,，上海大學快速制造中心主任,、教授胡慶夕發(fā)表演講,，胡慶夕表示，生物增材制造技術(shù),，就是現(xiàn)在說的生物3D打印,，它是伴隨著我們增材制造技術(shù)或者叫三維打印技術(shù)，逐漸形成一個全新的研究領域,。從組織工程和生物制造技術(shù)進行缺損的修復,，能有效地解決一個自體的移植。生物三維打印的發(fā)展,，要解決的就是這方面的問題,，所以它展現(xiàn)了巨大的應用空間。
胡慶夕稱,，生物三維打印技術(shù)設置的門檻比較高,，牽涉的技術(shù)比較多，其中解決幾個方面的問題,，一個方面就是生物材料,，再一個方面就是生物的建模,，另一個是關(guān)于工藝方面或者設備方面,。
以下為上海大學快速制造中心主任、教授胡慶夕演講實錄：
胡慶夕：大家好,，昨天到今天我們從3D打印到生物3D打印已經(jīng)接受了很多這方面的知識的,，今天我主要是給大家介紹一下我們做的工作，主要介紹幾部分,，一個是中心的情況介紹,，背景、意義,、國內(nèi)外的情況,，以及后面的三個工作。
我們中心是2001年和華東科技大學共同建立了快速制造工程中心,，我們中心目前3D打印的設備種類方面是最全的,，工程應用方面也是最成熟的。所以,，我們一直致力于三維打印以及生物三維打印,，以及快速模具這方面的研究和應用。我們在近十年的時間里,，做了數(shù)十萬的關(guān)于3D打印的產(chǎn)品,，目前我們與上海第九醫(yī)院、新華醫(yī)院等等都進行了合作,。
從裝備來說,，在測量裝備方面我們有17臺先進的測量裝備,。在三維打印方面，我們的裝備現(xiàn)在是有15臺,，就差一個,，現(xiàn)在沒有金屬粉末，其他的各種全部都有了,，而且我們基本上是每種兩臺,。這是我們的實驗室，包括數(shù)據(jù)處理,、3D打印,、快速模具以及后處理的。
在應用方面,，包括在醫(yī)學上的,，當時這是上海的第一個兒科醫(yī)院，當時給連體嬰兒做的,，當時在中央電視臺也做了報道,，還有頭骨的、汽車的儀表盤等等,。這是當時美國一個公司在上海北外灘當時要投標建設一個樓房,，這是我們做的各種客戶的產(chǎn)品，這是摩托車,。
我主要介紹的是后面的部分,，關(guān)于三維打印，因為在我們的中心,，一部分是為企業(yè)的工程應用服務,，再一部分就是我們做的研究。研究圍繞著生物制造方面,，或者叫生物三維打印,，最早我們的研究是研究工藝，用三維打印來做,，就是現(xiàn)成的設備,。通過多年的研究開始發(fā)現(xiàn)，用現(xiàn)成的設備存在很大的問題,，我們在后面會提到,。
前面的老師都已經(jīng)講了關(guān)于生物三維打印的意義，我們從中也可以看出來,，因為我們各種組織器官的障礙是我們?nèi)祟惤】档囊粋�主要危害之一,。再一個，在前面西安電子科大的老師也講了，它在我們醫(yī)學上的應用是非常廣泛的,，這樣的病例也是非常多的,，存在的問題，我們一直在問,，是不是有一天我們?nèi)祟惼鞴俚娜斯ぶ圃斐蔀榭赡�,？使眾多的由于疾病、事故或者�?zhàn)爭導致的器官缺損這樣的患者能夠全部被治愈,，后來出現(xiàn)了組織工程,，就是我們現(xiàn)在說的再生缺損組織修復。通過這種方式,，三維打印最后要形成自身有功能的活體組織,，也就是永久性的替代。再一個,，按照組織的缺損形狀任意塑形,，實現(xiàn)完美形態(tài)修復。
我們知道,，生物增材制造技術(shù),，就是我們現(xiàn)在說的生物三維打印，它是伴隨著我們增材制造技術(shù)或者叫三維打印技術(shù),，逐漸形成一個全新的研究領域,。
從組織工程和生物制造技術(shù)進行缺損的修復，能有效地解決一個自體的移植,，因為我們知道用自己的骨或者是皮膚來修復自己,，那是創(chuàng)傷修復創(chuàng)傷。生物三維打印的發(fā)展,，要解決的就是這方面的問題，所以它展現(xiàn)了巨大的應用空間,。
在國內(nèi)外的研究,，生物三維打印技術(shù)設置的門檻比較高，牽涉的技術(shù)比較多,，我們從這里可以看出,，我們將各個學科的交叉，實際上要解決的就是幾個方面的問題,，一個方面就是生物材料,，再一個方面就是生物的建模，以及包括它的制造和它的工藝,，要解決這方面的問題,。通過這些問題的解決，實現(xiàn)再生的結(jié)構(gòu)體,，就是現(xiàn)在說的細胞的打印,，直接出來支架,，來修復我們說的骨骼、軟骨,、血管,、皮膚，或者是心臟等等,。
在這個研究過程中,，生物制造前面已經(jīng)講了，主要包括這幾個方面,，層次上的術(shù)前的醫(yī)療模型,，就像我們做的連體嬰兒，那就是術(shù)前的醫(yī)療模型,，給醫(yī)生進行分析使用的,。再一種就是替代物的，就是我們做的很多假體,。再往上走一個部分,，就是我們現(xiàn)在說的組織工程支架，可以降解的,。到現(xiàn)在開始做的一些研究,，就是用細胞直接做器官。
在生物建模方面,，國內(nèi)外現(xiàn)在都很多,，實際上在這個方面做的最具有代表性，就是比利時的Materialise公司,，我們一直在應用它的軟件,，在國內(nèi)也有從事這方面的研究，我們在這方面也做了一些工作,，對稱缺損骨的模型,，非對稱的等等。
再一個是關(guān)于工藝方面或者設備方面,，一個就是基于我們?nèi)S打印的再生支架這方面的制備,，這方面的制備是成為國內(nèi)研究的一個焦點，美國,、新加坡,、韓國、德國等等都在做,，包括國內(nèi)清華,、西交大都在做這方面的工作，而且已經(jīng)取得了很顯著的成績。我們剛開始研究的時候,，基于三維打印的方法,，采用了不同的三維打印工藝，比如說PLA,、FDM等等,。我們知道，雖然三維打印可以制造任意復雜支架的外形,，但是它在形狀的精度很難實現(xiàn)200微米以下的微孔,，這是三維打印存在的缺陷。當然,，隨著它制造的技術(shù)不斷地完善,，它可能會做更精細的零件。在目前的情況下,，對于微結(jié)構(gòu)形態(tài)存在很多技術(shù)的壁壘,，這是我們在使用現(xiàn)有的裝備在研究的過程中發(fā)現(xiàn)的。
再一個,，基于電紡絲的再生支架制備工藝,，美國、韓國,、意大利,、包括我們國內(nèi)都在從事這方面的研究工作，我們也采用電紡絲運用不同的材料進行再生支架這方面的工作,。再一種就是把這兩項技術(shù)組合,、綜合，采用這種技術(shù)現(xiàn)在剛剛開始,，從我們所查到的文獻看到,，像葡萄牙用FDM和電紡絲技術(shù)的結(jié)合，韓國也是FDM和電紡絲的結(jié)合,，用生物材料進行這方面支架的制備,。我們將常溫擠出成型和電紡絲結(jié)合，進行再生支架的制備,。這種制備是采用三維打印的方式，主要是保證支架的性能,。我們利用電紡絲是彌補它的不足,，就是微觀的結(jié)構(gòu)。
在這個方面,，因為我們在研究的過程中,，當時我們沒有用電紡絲的時候，開始出現(xiàn)一個宏觀支架的結(jié)構(gòu)，在進行細胞培養(yǎng)的時候發(fā)現(xiàn)細胞有的時候放進去以后,，它就自己放下沉積,，中間沒有能把它截住的地方。這個微結(jié)構(gòu)的問題一直解決不了,。再一個就是細胞的組裝,，國內(nèi)國外在這個方面做了大量的工作，細胞組裝技術(shù)是得到了國內(nèi)外學者的重視,，擠出成型,、電噴射成型等等，已經(jīng)得到了這方面的認可,。
再生支架的建模,，因為我們前面很多年做了這方面的工作，最早我們用的是上面那個,，就是說要用很多軟件來完成建模,。這個在醫(yī)學上是很難實現(xiàn)的，包括我們工程上的很多軟件都用到了,。到后來,，我們就提出來要做下面這個，基于醫(yī)學圖象的缺損骨再生支架建模方法,，我們就提出這樣一個架構(gòu),。再生支架在建立的過程中，我們對它提出來一個就是它這個模型的特征,，一個就是外部的模型特征,，這就是說拿一個缺損的形狀，再一個就是內(nèi)部模型的特征,，它分為兩個部分,，大家看到的很多就像搭架子一樣，宏觀的結(jié)構(gòu)形狀,。還有一種是微觀的,。宏觀結(jié)構(gòu)是可以通過建模實現(xiàn)的，所以在這里面,，宏觀結(jié)構(gòu)我們利用的是三維打印,，包括外形，不可建模部分我們是用的電紡絲來完成這個工作,。
實際上我們建模在這里面要獲取缺損部分的模型,。這一塊的建模剛才幾位老師都有很多介紹，實際上就是通過建立一個單元的結(jié)構(gòu)圖,，然后組成一個外形形狀,，進行運算,，接得到了這樣一個宏觀結(jié)構(gòu)。宏觀結(jié)構(gòu)的種類有很多,，一種是大家看到的這種形式,，這是我們通過三維打印實現(xiàn)的微孔結(jié)構(gòu)。
這個結(jié)構(gòu)可以是圓柱體,、球體等各種各樣的形狀,，你可以根據(jù)自身的需要去建模，大部分建模都是圓柱形的,，有60度的,，有90度的，這是內(nèi)部的結(jié)構(gòu),，醫(yī)學的三維軟件,。這是我們自己建的一個軟件，這里面就包括剛才講的三個過程,，CT數(shù)據(jù)過來,，然后進行重建，重建以后獲取缺損部位,，然后再進行微結(jié)構(gòu)的構(gòu)建,，微結(jié)構(gòu)是你自己可以輸入，你要得到多大的結(jié)構(gòu),，他們之間的間距多大,，然后得到我們要的結(jié)構(gòu)。
這是一個非對稱的,，因為我們說人是基本上對稱的,，對稱的建模方法基本上覆蓋了人體的90%多，非對稱的只有很小一部分,，我們?nèi)说闹虚g部位這一塊是非對稱的,，因為當這一塊缺損的時候，你想利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù),，是沒有的,，你沒有辦法來獲取它的三維數(shù)據(jù)，這時候你要進行一個非對稱的建模,。
再一個就是關(guān)于三維打印復合成型部分,，在這個方面的研究。一部分就是要用生物材料,，有天然的,、有合成的，以及有無機,。關(guān)于生物材料,，我們在使用的時候，大部分都是跟醫(yī)院在合作,，得到醫(yī)藥總局批文的相關(guān)材料來進行這方面的研究,。因為我們現(xiàn)在用的一些材料都是醫(yī)院提供的，我們在建的時候,，就是用三維打印和電紡絲技術(shù)進行結(jié)合,。這里我們的復合成型方法，一種是低溫的擠出,，一個是熱熔的擠出,，再一個是常溫的擠出。材料黏度較小時使用電噴射,，材料有一定的黏度時就用電紡絲,，這種技術(shù)在我們說的微納芯片的制造中，覺得做出來以后太厚了,，但是在我們這兒,，可能不是太厚，微納芯片在用的時候,，他們跟我聊的時候就說到,，這種技術(shù)他們在用的時候，一直解決不了薄的問題,。這是我們建立的系統(tǒng),，這是我們自己開發(fā)的平臺，這是第一代的,，第二代馬上就要出來了,，現(xiàn)在我們用這個平臺給醫(yī)院做皮膚包括血管等等，都是通過這個看上去不像樣的實驗平臺來做,。這里面是用低溫水溶性的材料,，這個是常溫的用的是水明膠做的質(zhì)量，這個是同軸結(jié)構(gòu)的,，這個是梯度結(jié)構(gòu)的,，因為我們說將來你要做軟骨，中間是梯隊結(jié)構(gòu),，要研究梯度結(jié)構(gòu)的擠出,，再一個是復合的，可以看出來,，里面有密密麻麻的網(wǎng)格在里面,，這底下就是做的一些細胞的培養(yǎng)。
我們后期要做一些工作,，也向大家匯報一下,。一個是要擴展應用的領域,，完善這個方面的設備，推動設計與制造一體化的裝備研究,。在這個過程中,，一個是我們復合工藝的血管、器官等等相關(guān),，因為這個是跟兒科在做血管方面的研究,。再一個，復合工藝就是細胞打印,、組裝,。再一個，是將生物建模與設備集成,，形成從CT直接過來,，出去的就是生物解體圖，這樣一個過程,，這是我們下一步要做的研究工作,。
最后，用美國生物學家諾貝爾獎獲得者的一句話,，用不了50年,，人類將能夠培育出人體的所有器官。當然,，最后,，我們希望我們的研究能為人類的健康做出我們應有的貢獻。謝謝大家,！ |
收藏
轉(zhuǎn)播
支持
反對
京公網(wǎng)安備11010802043351