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中国“三巨头”齐聚世界3D打印大会

  内容有这么几个方面,第一是谈一谈3D打印和生物制造有什么关系,第二个,生物体或者生命体的3D打印,第一部分讲的是假体和组织工程,第二部分,我们讲细胞3D打印,整个报告里面,这部分是重点。最后,谈一谈用3D打印的技术来完成生命体的制造,来完成医学所需要的各种器件和器官的一些看法。

  先谈引言部分,我们把3D打印这个技术按材料分,可以分成三个方面。第一,就是用非金属和非生物材料,这个材料既不是生物材料,也不是金属材料,当然,很多的非金属、非生命的材料,跟身体不相容的材料。第二是金属材料,第三部分就是生物材料。按材料分,得到一个比较清晰的提纲,3D打印从一个新的角度来看。这个是从使能技术来看制造。虚线是信息流,实线是材料流,运动系统、使能系统这些都是相同的。什么是生命体的人工制造呢?什么是生物制造呢?从制造科学的角度来讲,具有生物相容性材料,把这些材料进行3D打印,我们可以说就是生物材料的3D打印,它应该说是生命体的人工制造。但是这是一种,它是一种生命体的人工制造,而不是全部,生物制造应该有更广泛的概念和内容。我们可以把生物制造分成三个大的方面,第一个方面是生物质,就是利用生物的过程酿酒,我们吃的酱豆腐等等,都是生物过程,它也是生物制造的一部分。仿生制造,就是模仿自然界的很多现象或者是结构来制造。第三是生物体制造,生物体制造又分了三个层次,假体的制造,细胞三维间接组装制造和细胞三维的直接制造。这个生物制造概念这三个方面不是我提出来的,是美国的柏林格在提出来的,大家可以去查详细的报告,但是它是很空泛的,没有具体内容,具体内容我们一起来把它充实。

  来谈这三个层次,第一个层次是生物质,这是一个很古老的领域。现在还有很多学者把生物制造还限定在生物质制造,我觉得很遗憾,生物制造应该跳出生物质的范围,它应该更扩大。第二是仿生制造,这是生物制造重要的组成内容之一,研究生物体和生命系统的行为、结构、机构等等,提出新的创造性的构想和原理。仿生制造应该可以说是最重要的科学原理之一。

  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。

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