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清华大学颜永年教授说“3D打印”

2013-04-24 09:23
姚看江湖
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  我们来看看颅骨,它不是整个骨头,是26个骨头片通过缝交错结合起来,为什么它不是整个骨头?对我们有什么意义呢?我们应该想到,哺乳类动物为什么找不到整个骨头的,颅骨都是组装起来的。无辜可以是这样,但是它不是哺乳类动物。根据仿生学原理,承受剪切,不用键、销、台、代之由子件间的多峰结构,获得巨大的抗剪摩擦力,克服子件的分离,发展出重型大型结合机构。这是4500吨的超中性结构,它是一块一块不用焊接、不用建、不用抬,就是这个多缝结构,在每个缝点上都有很高的应力,但是它是微米级的。这个在我们国家利用仿生的结构也是生物制造的一种类型,当然是低级状态,做了4万吨以下的液压机已经做了5台了,我们国家舰载机的起落架就是在4万吨基础上完成的。

  第三个层次,就是生物体,或者我们叫生命体,具有生命的物体人工制造。生命这个词实际上我们不是探讨它本身哲学上的和生物学上的意义,我们是讲具有生命的结构体。人类在探索自然之谜的同时一直在关注我们人类自己,我们从没有放弃对人体结构的剖析,企图修复损伤的组织,是否有一天人体的器官人工制造成为可能。现在我认为是完全可能的,离我们并不是非常遥远。

  生命体的人工制造,可能吗?我在学校开选修课,就提出了这个问题。如果生命体能人工制造,那么我们很多的器官都可以预先预制出来,生物制造是一个很新的学科,涉及到生物学、制造科学特别是3D打印,从宽泛的定义,包括了生物质制造、仿生制造和组织器官的制造,涉及到生物学、医学、制造科学和技术均可视为生物制造。狭义的定义,就是运用现代制造科学和生命科学的原理和方法,通过材料单元和细胞单元的直接和间接受控组装,完成器官假体和具有新陈代谢特征的生命体成形和制造,经培养和训练,用以修复或替代人体病损组织。引言我就讲到这里。

  下面,我们谈谈生物体和生物制造的初级阶段,就是假体和组织构成。假体很明显,它是一种结构,它是从结构解剖学上的数据取下来,把这个数据通过我们的快速成形3D打印的数据处理系统变成文件,我们就可以操纵机器,它不植入体内,因而不需要生物的相容性,用以做辅助手术、手术的规划等等。这个骨盆是我们学校跟第四军医大学合作的,这就是3D打印的作用,但是做得要大一些,1比1,有什么好处呢?我们就可以事先知道骨盆的破损情况和里面器官破损的位置在什么地方,以免在手术台上打开它就错位了,因为损伤之后不知道跑哪去了,这个就可以解决很多医学上的问题。CAD模型到RP原型,我们打开这个模型就要一次成功。内耳道助听器,激光扫描、芯片的设置,最后用SLS这种办法做出来放到耳朵里面去。我们用牙医的修复,清华大学的这个技术已经有一个产业化了,当然,最后也分开了,就是隐形牙矫正,通过石膏的扫描,这是数据,得到修复的东西。这个过程都是最后成形用3D打印做出来的,不需要装钢丝就可以矫正牙。

  还有一种是体内假体,刚才说的假体都不需要放在体内,包括牙也是,口腔还属于体外。假体可以放在体内,比如像关节、骨头、颅骨、颌骨、人工血管等等,这些都是假体,它在身体里面不会变化,也不会降解,但是它有很重要的功能。比如说假耳,我们在老鼠的背上也做过这个耳朵,但是它是假的,它表面的皮肤是活的,但是里头做的是3D打印出来的,用聚脂做出来多孔性的,最后长出来有弹性,它可以修复耳朵,如果这个缺损也可以修复,这是通过CT扫描核磁共振得出来的数据,最后把颅骨修好。

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