3D打印機在生物醫(yī)療領(lǐng)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(chǎn)業(yè)反動的首要標注之一”。可是許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(lǐng)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(lǐng)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(shù)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(shù)，它是指在計算機操控下，依據(jù)物體的計算機輔助設(shè)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(shù) 。
現(xiàn)在運用較多的 3D 打印技術(shù)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(jié)（SLS）和三維噴?。?DP）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(jié)，完結(jié)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(jù)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(jié)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?jīng)Q議，往往是0.25~0.50mm。
3、選取性激光燒結(jié)打印
選取性激光燒結(jié)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(jù)分層截面數(shù)據(jù)進行有選取地燒結(jié)，一層完結(jié)后再進行下一層燒結(jié)，整個燒結(jié)完后去掉多余的粉末，則就闊以獲得一燒結(jié)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(jié)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(shù)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(jié)果直接刻畫在模型上，模型樣品所傳播的數(shù)據(jù)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(shè)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(nèi)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(shè)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(shù)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(shù)在藥物行業(yè)的運用
跟著 3D 打印技術(shù)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(jù)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(shù)，為了確保醫(yī)療手術(shù)的安全施行，醫(yī)師會依據(jù)病變器官模型進行解析計劃以確認首要的手術(shù)計劃。借用 3D打印技術(shù)對原料進行準確操控的好處可迅速制備出高品質(zhì)的器官模型，輔助醫(yī)師進行精確的手術(shù)計劃、提高手術(shù)的順利率，又便利醫(yī)師與患者利市術(shù)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(shù)，此中引人矚目的是手術(shù)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(jù)此進行了縝密的手術(shù)計劃研發(fā)，使手術(shù)順遂進行，只用了22h，而往常相相似的手術(shù)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(shù)，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(shù)的好處在于通過對加工流程的準確操控優(yōu)勢，調(diào)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(shù)及術(shù)后修復供應方便。
3D打印的細胞生長成的肌膚狀片層構(gòu)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(shù)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(wǎng)絡，而此網(wǎng)絡在被植入小鼠體內(nèi)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(wǎng)絡
另外還能借用 3D 技術(shù)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(shù)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(lǐng)域已越來越多地采取金屬3D打印技術(shù)來設(shè)計和制造醫(yī)療植入物。
舉例：
澳大利亞聯(lián)邦科學與產(chǎn)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(shù)，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(nèi)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(shù)的優(yōu)勢在于個性化制備高難構(gòu)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(gòu)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(shù)，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(gòu)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(shù)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(shù)自身，而是監(jiān)管環(huán)境。假設(shè)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(shù)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(shù)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(shù)在程序并且機器方面的迅速成長，機會也會隨之顯現(xiàn)。
