3D打印技術(shù)在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)

3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)集光/機(jī)/電、計(jì)算機(jī)、數(shù)控及新材料于一體的先進(jìn)制造技術(shù)，其已廣泛應(yīng)用于航空航天、軍工與武器、汽車(chē)與賽車(chē)、電子、生物醫(yī)學(xué)、牙科、首飾、游戲、消費(fèi)品和日用品、食品、建筑、教育等眾多領(lǐng)域，目前成為一種迅猛發(fā)展的潮流。理論上來(lái)說(shuō)，所有的材料都可以用來(lái)打印。對(duì)于高端領(lǐng)域，打印材料的局限性嚴(yán)重阻礙了打印技術(shù)的發(fā)展。打印材料的瓶頸已經(jīng)成為研究3D打印的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

上海通項(xiàng)公司總經(jīng)理高樂(lè)遙認(rèn)為，目前3D打印材料的問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：可適用的材料成熟度趕不上打印市場(chǎng)發(fā)展的需求；材料打印流暢度不夠；特種材料強(qiáng)度達(dá)不到要求；材料的安全性和環(huán)境友好性問(wèn)題；材料的標(biāo)準(zhǔn)化及 系列化管理問(wèn)題等 。解決打印材料的一系列問(wèn)題顯得尤為重要，直接關(guān)系到3D打印技術(shù)能否帶領(lǐng)我們進(jìn)入快速制造的新時(shí)代。其中研究在生物醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的材料最引人注目，因?yàn)檫@方面的材料最難做、費(fèi)用最高。生物醫(yī)用材料的3D打印尤為困難， 需要考慮材料的強(qiáng)度、安全性、生物相容性、組織工程材料的可降解性等，目前可用于3D打印的生物醫(yī)用材料主要有金屬、陶瓷、聚合物、生物墨水等，其特點(diǎn)是 分布范圍較廣，但是種類(lèi)極少。

1.3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用
目前3D打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，不僅包括骨骼、牙齒、人造肝臟、人造血管、藥品制造等的實(shí)體制造，而且在國(guó)際上也開(kāi)始將此技術(shù)用于器官模型的制造與手術(shù)分析策劃，個(gè)性化組織工程支架材料和假體植入物的制造， 以及細(xì)胞或組織打印等方面的應(yīng)用中。據(jù)報(bào)道，2013年12月劍橋大學(xué)再生醫(yī)療研究所開(kāi)創(chuàng)性地通過(guò)3D打印技術(shù)，用大鼠視網(wǎng)膜的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞制備得到具有三維結(jié)構(gòu)的人工視網(wǎng)膜。該人工視網(wǎng)膜細(xì)胞打印出來(lái)后存活率高，并且仍具有分裂生長(zhǎng)能力，這一突破性的進(jìn)展為人類(lèi)治愈失明帶來(lái)了希望。目前已經(jīng)可以利用3D打印技術(shù) 和仿生材料制備一些無(wú)細(xì)胞的修復(fù)材料，并且已經(jīng)在臨床上有所應(yīng)用。未來(lái)，可以利用3D打印技術(shù)打印出具有生物活性的人體器官，實(shí)現(xiàn)人造器官的臨床應(yīng)用。此外，3D打印技術(shù)可以用于個(gè)性化治療，降低治療成本，將來(lái)開(kāi)發(fā)更多的生物相容性和生物降解材料，與3D打印技術(shù)相結(jié)合可以減 輕因材料的不足而對(duì)人體產(chǎn)生的傷害 。這樣一來(lái)3D打 印技術(shù)必將引領(lǐng)醫(yī)療領(lǐng)域的革命潮流。

2.3D打印生物醫(yī)用材料

2.1醫(yī)用金屬材料

目前用于研究3D打印的生物醫(yī)用材料多為塑料，而金屬材料具有比塑料更好的力學(xué)強(qiáng)度、導(dǎo)電性以及延展性，使其在硬組織修復(fù)研究領(lǐng)域具有天然的優(yōu)越性。金屬的熔融溫度比較高，打印的難度較大，所以金屬3D打印一般采用光固化3D打印（SLA）和選擇性激光燒結(jié)（SLS）方式加工，由金屬粉末在紫外光或者高能激光的照射下產(chǎn)生的高溫實(shí)現(xiàn)金屬粉末的熔合，逐層疊加得到所需的部件。目前用于生物醫(yī)學(xué)打印的SAHOD料主要有鈦合金、 鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金等。西安第四軍醫(yī)大學(xué)西京骨科醫(yī)院骨腫瘤科郭征教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)，采用金屬3D打印技術(shù)打印出與患者鎖 骨和肩胛骨完全一致的鈦合金植入假體，并通過(guò)手術(shù)成功將鈦合金假體植入骨腫瘤患者體內(nèi)，成為世界范圍內(nèi)肩胛帶不定形骨重建的首次應(yīng)用，標(biāo)志著3D打印個(gè)體化金屬骨骼修復(fù)技術(shù)的進(jìn)一步成熟。

與傳統(tǒng)個(gè)體化植入假體制備技術(shù)相比，鎖骨、肩胛骨等不定形骨的3D打印個(gè)體化鈦合金植入假體具有更高的匹配性，功能及外形也更加得到患者和醫(yī)生的認(rèn)可；多孔設(shè)計(jì)石骨及軟組織附著長(zhǎng)入率高；彈性模量降低，減少應(yīng)力遮擋并發(fā)癥；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，精確度可達(dá)到1mm；制備周期短等優(yōu)勢(shì)。目前該技術(shù)的缺點(diǎn)就是打印材料昂貴，需要患者承受較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，難以實(shí)現(xiàn)平民化。中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所利用低熔點(diǎn)金屬3D打印技術(shù)，如液態(tài)金屬Ga67In20.5Sn12.5合金（熔點(diǎn)約為11℃），結(jié)合微創(chuàng)手術(shù)的方式直接在生物體內(nèi)目標(biāo)組織處注射成型醫(yī)療電子器件進(jìn)行了創(chuàng)新性的研究。他們先將生物相容的封裝材料（如明膠）注射到生物組織內(nèi)固化形成特定結(jié)構(gòu)，再用工具（如注射針頭）在固化的封裝區(qū)域內(nèi)刺入并拔出以形成電極區(qū)域，最后將導(dǎo)電金屬墨水，絕緣型墨水乃至配套的微／納尺度器件等順次注射后形成目標(biāo)電子裝置。通過(guò)控制微注射器的進(jìn)針?lè)较颉⒆⑸洳课?、注射量、針頭移位及速度這樣的3D打印步驟，可以在目標(biāo)組織處按預(yù)定形狀及功能構(gòu)建出終端器件。他們利用該技術(shù)在生物體組織內(nèi)制備出3D液態(tài)金屬REID天線，采用這種生物體內(nèi)3D打印成型技術(shù)制作的柔性器件以其較高的順應(yīng)性、適形化，以及微創(chuàng)性與低成本特點(diǎn)顯示出良好的應(yīng)用前景，在植入式生物醫(yī)用電子技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。

隨著納米3D打印技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展， 納米粉末打印材料成為了研究者們熱議的話題，金屬粉末占據(jù)了3D打印粉末市場(chǎng)的主要位置。先進(jìn)的納米結(jié)構(gòu)粉末對(duì)超細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)要求高，納米結(jié)構(gòu)粉末可以顯著改善打印成品的物理化學(xué)力學(xué)性能，這些性能的提升將進(jìn)一步拓寬其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，因?yàn)榧庸だщy、低生產(chǎn)效率和高成本， 這些納米粉末的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化還是非常困難的。

2.2 醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬材料
無(wú)機(jī)非金屬生物材料主要包括生物陶瓷、 生物玻璃、氧化物及磷酸鈣陶瓷和醫(yī)用碳素材料 。其中，生物陶瓷具有 高硬度、高強(qiáng)度、低密度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在醫(yī)學(xué) 骨替代品、植入物，齒科和矯形假體領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但生物陶瓷韌性不高， 硬而脆的特點(diǎn)使其加工成形困難，尤其是形狀或內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜陶瓷部件需通過(guò)模具來(lái)成形，而模具加工價(jià)格昂貴且開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，難以滿足產(chǎn)品的需求。近年來(lái)，針對(duì)生物陶瓷制作工藝復(fù)雜、成型加工困難的問(wèn)題，研究者們采用3D打印技術(shù)來(lái)制備生物陶瓷， 并取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。

Saijo等采用磷酸三鈣粉末等生物材料制備個(gè)性化假體，經(jīng)處理后術(shù)中無(wú)需雕刻，可直接植入人體；將3D打印引進(jìn)到美容整形領(lǐng)域，并取得很好的效果。利用3D打印技術(shù)制造美容整形材料既可以實(shí)現(xiàn)客戶(hù)的各種個(gè)性化要求，又能夠做到一次性精確成型，減去了傳統(tǒng)工藝繁瑣的術(shù)前雕刻的過(guò)程，大大節(jié)省了手術(shù)時(shí)間，因此得到廣泛關(guān)注。目前主要有磷酸鈣、磷酸二正硅酸鈣、雙相磷酸鈣、硅酸鈣/β-磷酸三鈣等材質(zhì)的生物陶瓷。3D打印陶瓷支架具有促進(jìn)細(xì)胞成骨性分化和血管新生的生物活性功能，羥基磷灰石支架可促進(jìn)神 經(jīng)鞘干細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，雙相磷酸鈣支架中隨著β-磷酸三鈣含量的增加， 支架的促進(jìn)細(xì)胞成骨性分化的能力增強(qiáng)，硅酸鈣/β-磷酸三鈣支架中的硅元素的釋放能夠促進(jìn)骨樣細(xì)胞合成成骨因子，促進(jìn)細(xì)胞成骨性分化。磷酸二正硅酸鈣 能夠促進(jìn)血管的增殖和再生。生物陶瓷具有與松質(zhì)骨相近的抗壓強(qiáng)度和良好的骨誘導(dǎo)能力，但是生物陶瓷需要在高溫環(huán)境下打印成型，打印時(shí)不能對(duì)支架同步涂層促進(jìn)骨形成 的生物活性分子或抗感染藥物，同時(shí)其脆性高、韌性差、剪切應(yīng)力弱。目前對(duì)生物陶瓷的3D打印研究?jī)H僅局限于硬組織的打印。 生物玻璃是內(nèi)部分子呈無(wú)規(guī)排列狀態(tài)的硅酸鹽的聚集體，主要含有鈉、鈣、磷等幾種金屬離子，在一定配比和化學(xué)反應(yīng)條件下，會(huì)生成含有羥基磷酸鈣的復(fù)合物，具有很高的仿生性，是生物骨組織的主要無(wú)機(jī)成分。

由于生物玻璃材料具有降解性和生物活性，能夠誘導(dǎo)骨組織的再生，因此在 骨組織工程的研究領(lǐng)域被作為組織工程支架材料廣泛應(yīng)用，在無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。研究者曾用生物玻璃材料制備出猴子大腿骨，植入其體內(nèi)，經(jīng)一定時(shí)間后取出研究，發(fā)現(xiàn)再生的猴子骨細(xì)胞已長(zhǎng)入生物玻璃的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，且結(jié)合非常緊密；并且，經(jīng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)這 種人造骨比原骨力學(xué)性能更優(yōu)。2011年， 美國(guó)華盛頓州立大學(xué)的研究人員采用3D打印技術(shù)將磷酸鈣打印出一種像骨骼的結(jié)構(gòu)，可在分解前作為新骨骼細(xì)胞生長(zhǎng)所需的支架，已在動(dòng)物身上成功進(jìn)行了試驗(yàn)，取得了令人滿意的結(jié)果。生物玻璃良好的生物相容性結(jié)合3D打印精確成型、快速制造、個(gè)性化等諸多優(yōu)點(diǎn)，必定在組織工程支架材料以及個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域取得新的突破。

由于上述的醫(yī)用陶瓷材料都需要在高溫條件下加工成型，所以醫(yī)用陶瓷材料的3D打印加工通常分為兩個(gè)階段：
1.陶瓷粉末與熔點(diǎn)較低的粘結(jié)劑混合均勻后在激光照射下燒結(jié)出所設(shè)計(jì)的模型，但是此時(shí)的模型只是在粘結(jié)劑的作用下將陶瓷粉末粘結(jié)成型，力學(xué)性能較差，無(wú)法滿足應(yīng)用要求；

2.在激光燒結(jié)后，需要將陶瓷制品放到馬弗爐中進(jìn)行二次燒結(jié)。陶瓷粉末的粗細(xì)與粘結(jié)劑的用量都會(huì)影響到陶瓷制品的性能，陶瓷粉末越細(xì)越有利于二次燒結(jié)時(shí)晶粒生長(zhǎng)，陶瓷層的質(zhì)量越好；粘結(jié)劑的用量越大，激光燒結(jié)過(guò)程越容易，但是會(huì)造成二次燒結(jié)時(shí)零件收縮變大，使制品達(dá)不到尺寸精度要求。二次燒結(jié)過(guò)程的溫度控制也會(huì)對(duì)3D打印陶瓷制品的性能產(chǎn)生影響。

2.3醫(yī)用高分子材料
近年，生物醫(yī)用高分子材料可謂異軍突起，成為發(fā)展最快的生物醫(yī)學(xué)材料。生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展從最開(kāi)始僅僅利用現(xiàn)成的高聚物到利用合成反應(yīng)在分子水平上設(shè)計(jì) 合成具有特殊功能的高聚物。目前研究又進(jìn)入了一個(gè)新的階段， 尋找具有主動(dòng)誘導(dǎo)、刺激人體損傷組織再生修復(fù)的一類(lèi)生物活性材料成為熱點(diǎn) 。3D打印高分子耗材需要經(jīng)過(guò)特殊處理，還需要加入粘合劑或者光固化劑，且對(duì)材料的固化速度、固化收縮率等有很高的要求。不同的打印技術(shù)對(duì)材料的要求都不相同，但是都需要材料的成型過(guò)程快速精確，材料能否快速精確的成型直接關(guān)系到打印的成敗。由于生物醫(yī)用材料直接與生物系統(tǒng)作用，除了各種理化性質(zhì)要求外，生物醫(yī)學(xué)材料必須具有良好的生物相容性，生物醫(yī)學(xué)材料的開(kāi)發(fā)比其他功能材料的開(kāi)發(fā)具有更嚴(yán)格的審核程序，所以對(duì)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的3D打印高分子材料的研究才剛剛 起步 。

韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)Cho等以PPF為原料，通過(guò)利用光固化立體印刷技術(shù)（SLA）制備的多孔支架具有與人松質(zhì)骨相似的力學(xué)性質(zhì)，且支架能促進(jìn)成纖維細(xì)胞的黏附與分化。此外，通過(guò)將PPF支架移植到兔皮下或顱骨缺損部位的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PPF支架會(huì)在動(dòng)物體內(nèi)引起溫和的軟組織和硬組織響應(yīng)，如移植２周后會(huì)出現(xiàn)炎性細(xì)胞、血管生成和結(jié)締組織形成，第8周后炎性細(xì)胞密度降低并形成更規(guī)則的結(jié)締組織。與傳統(tǒng)組織工程支架相比，3D打印組織工程支架可以隨意設(shè)計(jì)形狀、尺寸、孔的結(jié)構(gòu)和孔隙率等，研究者可以根據(jù)不同組織的修復(fù)要求來(lái)選擇需要打印出的支架結(jié)構(gòu)。 Paulius　Danilevicius等采用激光三維打印技術(shù)成功制備了三維多孔的聚乳酸（PLA）組織工程支架，并對(duì)支架的孔隙率對(duì)細(xì)胞粘附、生長(zhǎng)、繁殖等生理特性的影響進(jìn)行了一系列的研究。

研究結(jié)果表明，在制備支架模型的過(guò)程中，三維打印技術(shù)可以隨意制造任意空洞和孔隙率的PLA組織工程支架，研究者可以輕易得到所需的模型。之后對(duì)各種模型進(jìn)行一系列細(xì)胞生物學(xué)特性的表征發(fā)現(xiàn)，支架的空洞以及孔隙率對(duì)細(xì)胞的黏附生長(zhǎng)有很大的影響，分析對(duì)比各項(xiàng)結(jié)果后得出了最適合作為組織工程支架的模型。同時(shí)也證明了通過(guò)3D打印制備的PLA支架有望在骨組織工程中得到廣泛應(yīng)用。醫(yī)用高分子打印材料具有非常優(yōu)異的加工性能，可適用于多種打印模式，其中應(yīng)用最多的是熔融沉積打印和紫外光 固化打印兩種模式。熔融沉積打印所使用的是熱塑性的高分子材料，目前最受研究者青睞的是可降解的脂肪族聚酯類(lèi)材料，如PLA、PCL。原材料只需要拉成絲狀即可打印，打印材料的制備過(guò)程簡(jiǎn)單，一般不需要添加打印助劑。紫外光固化打印所用的是液體光敏樹(shù)脂，液態(tài)樹(shù)脂中包含有聚合物單體、預(yù)聚體、光（敏化）固化劑、稀釋劑等，液態(tài)樹(shù)脂的成分以及光固化度都會(huì)影響打印產(chǎn)品的性能，尤其是醫(yī)療產(chǎn)品的生物相容性和生物活性。

2.4復(fù)合生物材料
復(fù)合材料是指兩種以上不同物理結(jié)構(gòu)或者不同化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)，以微觀或宏觀形式組合而成的材料；或者是連續(xù)相的基體與分散相的增強(qiáng)材料組合的多相材料，這類(lèi)材料用于人工器官、修復(fù)、理療康復(fù)、診斷、檢查、治療疾病等醫(yī)療保 健領(lǐng)域，并具有良好生物相容性，則稱(chēng)為復(fù)合生物材料 。Falguni　Pati等采用多噴頭3DP技術(shù)成功打印出PCL/PLA/β-TCP復(fù)合生物材料支架，并將hTMSCs細(xì)胞種植于支架，共培養(yǎng)2周，使hTMSCs細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中分泌的細(xì)胞外基質(zhì)附著在支架上，然后進(jìn)行脫細(xì)胞實(shí)驗(yàn)去除支架上hTMSCs細(xì)胞，保留細(xì)胞外基質(zhì)，從而得到PCL/PLA/β-TCP/ECM多組分具有生物活性的復(fù)合生物材料支架。該支架中的材料能夠很好地取人之長(zhǎng)，補(bǔ)己之短，各組分相輔相成，既能達(dá)到骨組織工程材料的力學(xué)要求，又能夠促進(jìn)生物礦化過(guò)程。ECM中還包含了多種調(diào)節(jié)骨細(xì)胞生長(zhǎng)分化的因子，有望成為骨組織工程支架材料研究的新方向。

2.5細(xì)胞參與的生物3D打印材料
作為前期研究，科學(xué)家們已經(jīng)嘗試用很多3D打印支架與細(xì)胞共培養(yǎng)，證明了細(xì)胞能夠在多種3D打印支架上存活，并且比普通二維培養(yǎng)的效果要好。3D打印的PCL支架已經(jīng)被證明能與多種細(xì)胞共培養(yǎng)，這為將細(xì)胞與材料混合成“生物墨水”，共同打印出生物組織奠定了良好的基礎(chǔ)。但是這僅僅是細(xì)胞與材料的二維作用，并沒(méi)有直接 將細(xì)胞置于打印系統(tǒng)中，只能稱(chēng)作是非直接細(xì)胞參與的生物3D打印。細(xì)胞直接參與的生物3D打印是一門(mén)多學(xué)科交叉綜合的超級(jí)學(xué)科，需要利用生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料學(xué)、計(jì)算機(jī)科 學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的原理與技術(shù) ，其中，打印材料的選擇是亟需突破的難點(diǎn)之一。水凝膠是由高聚物的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和介質(zhì)共同組成的多元體系，作為新型的生物醫(yī)用材料引起了研究者們的廣泛關(guān)注。醫(yī)用水凝膠具有良好的生物相容性，其性質(zhì)組成與細(xì)胞外基質(zhì)相類(lèi)似，表面粘附蛋白質(zhì)和細(xì)胞的能力弱，基本不影響細(xì)胞的正常代謝過(guò)程。水凝膠的存在可以進(jìn)行細(xì)胞的保護(hù)、細(xì)胞間的黏合擴(kuò)展及器官的構(gòu)型。

因此，水凝膠成為包裹細(xì)胞的首選。醫(yī)用水凝膠、生物交聯(lián)劑（法）、活細(xì)胞共同組成生物3D打印所需的“生物墨水” 。美國(guó)康奈爾大學(xué)的研究人員采用3D生物打印技術(shù)，利用Ⅰ型膠原蛋白水凝膠與牛耳活細(xì)胞組成的“生物墨水”，成功打印出了人體耳廓。無(wú)論是功能還是外表，這個(gè)耳廓均與正常人的耳廓十分相似。在后續(xù)培養(yǎng)過(guò)程中，膠原蛋白水凝膠與細(xì)胞相互作用良好，且在培養(yǎng)過(guò)程中慢慢降解并被細(xì)胞自身合成的細(xì)胞外基質(zhì)所替代。接下來(lái)，他們將利用患者自 身的耳朵細(xì)胞，打印人造耳廓并進(jìn)行移植。這一消息令人對(duì)醫(yī)療整形行業(yè)的未來(lái)產(chǎn)生無(wú)限的遐想。

醫(yī)學(xué)界目前使用的人造耳廓主要分為兩類(lèi)：
一是由類(lèi)軟骨的人造材料制成，其缺點(diǎn)是質(zhì)感與人耳差異較大；
二是通過(guò)取出患者部分肋部軟骨“雕刻”新的耳廓，這種方法不僅會(huì)給患者造成不小的肉體傷害，而且其美觀及實(shí)用程度也嚴(yán)重受制于醫(yī)生的“雕刻技術(shù)”。

3D生物打印技術(shù)制成的人造耳廓，則沒(méi)有上述之虞。 器官3D打印是科學(xué)家們一直追求的夢(mèng)想之一，目前器官打印已經(jīng)被當(dāng)作概念股炒作上市，吸引了很多眼球，但3D打印還處于剛剛起步階段，還有很多問(wèn)題需要解決，尤其是復(fù)雜器官的3D打印存在更為巨大的挑戰(zhàn)，材料與調(diào)節(jié)細(xì)胞有序地組合、器官內(nèi)部血管構(gòu)建、神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)建的生長(zhǎng)因子的相容是器官打印最難解決的困難。通過(guò)3D打印設(shè)備將生物相容性細(xì)胞、支架材料、生長(zhǎng)因子、信號(hào)分子等在計(jì)算機(jī)指令下層層打印，形成有生理功能的活體器官，達(dá)到修復(fù)或替代的目的，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著極其廣泛的用途和前景。近年來(lái)3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，已在骨骼、血管、肝臟、乳房構(gòu)建等方面取得了一些成績(jī)，但離復(fù)雜器官的功能實(shí)現(xiàn)還有很長(zhǎng)一段距離。

總結(jié)
3D打印技術(shù)的發(fā)展已成為一種新興技術(shù)，其在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用效果也日益明顯。首先，3D打印技術(shù)將有力克服組織損壞與器官衰竭的困難。每個(gè)人專(zhuān)屬的組織器官都能隨時(shí)打出，這就相當(dāng)于為每個(gè)人建立了自己的組織器官儲(chǔ)備系統(tǒng)。其次，表皮修復(fù)、美容應(yīng)用水平也將進(jìn)一步提高。隨著 打印精準(zhǔn)度和材質(zhì)適應(yīng)性的提高，身體各部分組織將被更加精細(xì)地修整與融合，有助于打造出更符合審美的人體特征。最后，當(dāng)3D打印設(shè)備逐步普及后，在一些緊急情況下，還可利用3D打印機(jī)制作醫(yī)療用品，如導(dǎo)管、手術(shù)工具等，使之更加個(gè)性化，同時(shí)減少獲取環(huán)節(jié)和時(shí)間，臨時(shí)解決醫(yī)療用品不足的問(wèn)題。

所以，3D打印技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將會(huì)在3D打印速度的提升，開(kāi)發(fā)更為多樣的3D打印材料，使3D打印機(jī)的體積小型化、成本降低，不斷拓展其更多行業(yè)的應(yīng)用上體現(xiàn)出來(lái)。 就目前來(lái)看，3D打印在生物醫(yī)學(xué)方面的研究如雨后春筍般，3D打印技術(shù)在制備生物醫(yī)用材料特別是組織工程支架材料方面已經(jīng)取得了諸多成就。然而，3D打印生物醫(yī)用材料還是一個(gè)非常新鮮的領(lǐng)域，各種研究仍處于初始階段，要想真正實(shí)現(xiàn)3D打印生物醫(yī)用材料在臨床上的應(yīng)用還有很長(zhǎng)的一段距離，還存在很大的挑戰(zhàn)。材料的研究與發(fā)展制約著3D打印技術(shù)的發(fā)展，適用于3D打印的生物醫(yī)用材料的研究與開(kāi)發(fā)將成為未來(lái)研究熱點(diǎn)。3D打印生物醫(yī)用材料的研發(fā)之所以困難，其主要原因在于臨床上對(duì)材料的各種性能有極高的要求，材料的選擇受到多種因素的制約，既要考慮材料在打印前后的安全性、生物相容性、降解性能、生物響應(yīng)性等，又要考慮材料能否達(dá)到產(chǎn)業(yè)化的要求。所以，3D打印生物醫(yī)用材料的研發(fā)面臨巨大的挑戰(zhàn)，同樣隨著3D打印技術(shù)在程序以及機(jī)械方面的快速發(fā)展，也出現(xiàn)了很多的機(jī)遇。 未來(lái)研究3D打印生物醫(yī)用材料的重點(diǎn)應(yīng)該放在：開(kāi)發(fā)更多可打印的生物材料。

理論上來(lái)講，所有的材料都可以打印，但實(shí)際上現(xiàn)在用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的打印材料還屈指可數(shù)。有些具有優(yōu)異性能的材料由于打印前后收縮率大，材料中所含的添加劑對(duì)生物體有害，打印后強(qiáng)度下降等原因，無(wú)法滿足生物材料的使用要求，而被排除在3D打印生物材料行列之外。所以，應(yīng)該通過(guò)各種物理化學(xué)改性的方法來(lái)克服這些被棄用的材料存在的打印問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出更多性能優(yōu)異的3D打印生物材料。這樣既可以增加臨床應(yīng)用上的選擇，又可以在一定程度上降低打印費(fèi)用。 組織工程支架材料的研究與開(kāi)發(fā)。3D打印技術(shù)可以任意設(shè)計(jì)打印產(chǎn)品的空間結(jié)構(gòu)，將3D打印的這個(gè)優(yōu)勢(shì)與組織工程理念相結(jié)合，就可以針對(duì)特定組織設(shè)計(jì)最優(yōu)的組織工程支架。在材料的選擇方面，性能越接近細(xì)胞外基質(zhì)的材料越受青睞，因此，需要開(kāi)發(fā)更多可仿生、可降解、具有生物活性的3D打印組織工程支架材料。

3D技術(shù)與組織工程的結(jié)合將為生物組織與器官的重建開(kāi)辟嶄新的研究領(lǐng)域。“生物墨水”中3D打印生物材料的研究與開(kāi)發(fā)。實(shí)現(xiàn)組織與器官的原位3D打印是科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的結(jié)果。目前的技術(shù)水平僅僅達(dá)到了在體外打印有外形無(wú)功能的組織與器官，打印材料是其中的難點(diǎn)之一。開(kāi)發(fā)出具有適當(dāng)力學(xué)性能，良好生物相容性，具有生物活性的生物打印材料，將它與活細(xì)胞、生物交聯(lián)劑（法）、信號(hào)分子組成“生物墨水”，力爭(zhēng)將目前3D打印器官存在的諸多問(wèn)題一一攻破，為實(shí)現(xiàn)3D打印真正造福人類(lèi)奠定基礎(chǔ)。另外，打印材料與細(xì)胞、組織以及血液之間的相容性研究也是重點(diǎn)之一。隨著材料學(xué)的日益發(fā)展， 對(duì)生物打印材料的要求日漸嚴(yán)苛，打印材料不僅僅要安全無(wú)毒，還要起到支架的作用，更要求其具有一定的生物功能，能夠保證物質(zhì)能量自由交換、細(xì)胞活性和組織的三維構(gòu)建。因此，對(duì)打印材料的生物相容性的研究是必不可少的。