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3D生物打印技术的研究现状及发展趋势马宏宝 2013141411134【摘要】2012 年英国 经济学人 杂志将三维打印誉为“第三次工业革命的重要标志之一”。3D 打印正在引发全球制造业革命性变革，它与生物技术结合形成了一个重要的分支 生物三维打印。生物三维打印是 3D 打印技术研究的最前沿领域，也是3D 打印技术中最具活力和发展前景的方向，本文综述了生物三维打印技术的研究现状及发展趋势。【关键词】生物 3D 打印；生物医学工程；研究现状；发展趋势 1前言三维打印（Three Dimension Printing，3DP）正在国内外掀起新一轮研究热潮，引发全球制造业产生革命性变革。2012年英国经济学人杂志誉其为“第三次工业革命的重要标志之一”，并称其为“制造业未来的趋势”。美国时代 周刊近期将3D 打印列为“美国十大增长最快的工业”。2013年，美国总统奥巴马在新任期内的首份国情咨文指出美国在新一轮的科研发展中需要大力发展 3D 打印技术，觉得“3D 打印有潜力去改变现有制造事物的方式”。2013 年 7月习近平主席在考察东湖高新区时指出：“这 个 技 术（3DP）很 重 要，要 抓 紧 产 业化”1,2。生物三维打印（Bio-3DP）是三维打印技术的一个分支，它是在三维打印技术在生物医学领域中的交叉应用。生物三维打印是以生物材料或活细胞进行三维打印，以构建复杂生物三维结构，如个性化植入体、可再生人工骨、体外细胞三维结构体、人工器官等。它是目前3D 打印技术研究的最前领域，也是 3D 打印技术中最具活力和发展前景的方向3。2000 年在德国Freiburg大学召开了“快速成型技术在生物医学的应用研讨会”，会上首次探讨了以3D 打印技术为基础的组织工程支架和器官打印技术的发展。此后，以组织器官修复与重建为目的，国际上开发了各种生物3D 打印技术。包括用于组织工程支架构建的熔融挤出技术；基于喷墨技术的细胞打印；细胞和细菌的激光直写；细胞和细菌的微接触印刷等。2.生物三维打印技术引发新一轮研究热潮被誉为“第三次工业革命的重要标志之一”的 3D 打印，正在迅速发展成为生物医学工程中的一项热门研究技术，其相关研究已在国内外掀起新一轮研究热潮。目前国内各级部委，科研院所、企业、医院、投融资机构等已充分意识和重视到该技术的重要意义和诱人前景。2013 年 8 月 22 日，在北京市科委的支持下，北京新材料发展中心组织召开了“北京生物三维打印前沿技术研讨暨成果对接会”。清华大学、北京工业大学、北医三院、等 30 余家科研院所、企业、医院、投融资机构参加了此次研讨。与会专家就生物三维制造技术现状、发展及前景展望做了专题报告，并认为我国在生物医学领域的长足发展，及制造领域的传统优势资源与生物三维打印技术结合，具有发展生物三维打印技术及相关产业的优势。2014 年 1 月 17 日，由中国生物材料学会主办、清华大学承办的“生物 三维打印高层论坛”在清华大学紫光国际交流中心成功召开。国家科技部社会发展司、国家工信部装备司、国家食品药品监督管理总局相关领导、两院院士（5 位）、以及国内多所知名高校、科研机构学者、专家和企业界人士近80 人参加了此次论坛。专家们一致认为生物三维打印将成为支撑第三次产业革命中生物材料与产业发展的关键技术，生物三维打印技术的兴起和发展必将为我国的生物医学工程及相关产业链发展带了新一轮的增长点和机遇！生物三维打印技术的巨大潜力，同时引起了欧美等发达国家的重视。欧盟委员会在制造业的未来：2015 2020 战略报告中提出将重点发展生物材料、仿生材料和人工假体制造技术，并将生物技术列为支撑制造业未来发展的四大学科之一。美国在 2020年制造技术的挑战生物制造列为11 个主要发展方向之一。当前，由美国国家科学基金会（NSF）和美国国家健康研究院（NIH）已经联合启动开展了与生物三维打印有关的5 项重点科研计划。2009年由美国国家科学基金会和美国南卡罗来纳州（South Carolina State）总投资四千万美元共同资助的南卡罗来纳州器官生物制造研究计划。3 生物 3D 打印技术的应用及发展趋势生物3D 打印包含的内容十分广泛，但可以根据所成形材料的生物学性能不同，将生物制造技术分为四个层次的应用4：（1）个性化体外模型制造：材料为无需生物相容性的工程材料，主 要制造个性化体外器官模型、仿生模型等，用于手术规划、假肢设计、测试标准等。（2）个性化植入体制造：材料为具有优良生物相容性，不降解材料，如：钛合金、聚氨酯等，可制造人工假肢植入物，用于人工器官、整形等。3）可降解组织工程支架制造：材料为既具有优良生物相容性，又能被生物降解的材料，如：胶原、聚乳酸等，可制造各种组织工程支架，应用于组织再生与修复等。（4）细胞三维结构体的人工构建：材料为活细胞及其外基质材料，如：肝细胞-明胶、干细胞-纤维蛋白原等，用于构建三维细胞结构体，体外三维细胞模型及组织或器官胚体等。这四个层次是生物3D 打印所提供的具体生物材料成型应用手段，对生物医学领域的基础研究、药物开发和临床应用都具有重要的促进作用。它们的应用研究预示着生物 3D 打印必然将向更高层次、更为复杂的生物材料、生物组织、生物器官构建发展。其研究的发展趋势及重点预计包含以下几方面3-5：