“克隆人”时代来临 3D打印骨骼肌肉血管

“克隆人”时代来临 3D打印骨骼肌肉血管

　　巴西博士研究生豪尔赫·洛佩斯首创的利用一种称为快速成型技术，将超声波、和磁共振成像扫描成真人大小的石膏模型，在孩子未出生时，父母可以看到并“克隆”一个真人大小的未出生婴儿的模型。

“克隆人”时代来临 3D打印骨骼肌肉血管

何为3D打印技术？

　　三维立体打印属于一种快速成型(Rapid prototyping)技术，是一种由CAD(计算机辅助设计)数据通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。这一成型过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型，甚至直接制造零件或模具，从而有效的缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。

　　三维打印机采用分层加工，叠加成型方式来“造型”，会将设计品分为若干薄层，每次用原材料生成一个薄层，再通过逐层叠加获得3D实体。这一点它与喷墨打印机工作方法十分类似，3DP是一层一层地印，而喷墨打印机是一条直线一条直线地喷，通过若干直线的叠加形成图像。它通过对电脑中三维软件的识别，进行STL(三角网格格式)转换，再结合切层软件确定摆放方位和切层路径，并进行切层工作和相关支撑材料的构造。

　　最后使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来，和支撑材料自下而上，一次一层的构铸成最终实体。简单的说，可以理解为软件把物体分成若干个横截面，而三维打印机将这些横截面一次一层的沉淀、堆积，最终形成我们所需的实体。

　　目前，3D打印技术已经得到了广泛的应用，而且也出现了许多创举，如打印人造肉、打印3D血管、打印人体骨骼以及制作生物模型等等，也许在不久的将来正的可以利用打印技术“克隆”一个完成的人。

　　打印机可以直接打印食物?别怀疑，你绝对没有幻听，因为这在不久的将来即将实现。据国外媒体报道，科学家使用创新3D打印机技术在实验室培育出人造肉，鲜肉组织可在糖类物质构成的框架上生长，口感与真肉十分相近。

这项技术可以生产出带脉管组织的人造器官

　　血管依附于糖“框架”生长，肉就围绕着这些血管从内向外生长。这种技术能够培育出具有真实肉纹理及口感特点的人造肉，同时该技术还可用于培育鲜活人体器官，比如用于手术移植的肝脏等。这种技术听上去有点不可思议对吧!实际上这一技术就快成为现实了。

“从内向外”生长的方式来培育器官

　　由于一种3D打印技术取得了阶段性的突破，在实验室生产出与真肉风味无异的人造肉的这种想法已经近在咫尺。科学家们表示，该项技术也可用来生产用于医疗移植的人造器官。

　　来自宾夕法尼亚大学的研究人员已经发现糖类的3D打印模板以及于上面生长的肉类这项技术可以生产出带脉管组织的人造器官。其工作原理是将肉由内向外“打印”出来，这样便于先“打印”出脉管系统，从而使得肉可以围绕着这些脉管系统生长。研究员米勒(Miller)表示，“有时候要解决一些复杂问题，最简单的方法往往来自于一些基础理论。”当他去人体世界(Body Worlds)展会时得到了启示。在那儿观众可以看到由塑料铸件制做的完整器官脉管系统。”

　　目前，科学家们正在开发一种既十分刚性又能以三维圆柱细丝形式稳定存在的物质;而且还要求这种物质易溶于水并且对细胞无毒副作用。经过多次测试之后，研究人员发现一种完美的糖类混合材料。米勒补充说到，“研究小组测试了许多不同分子式的糖类，最终将糖所有的性质进行了优化筛选。”

　　资料显示，目前并没有单一形式的胶体物质能够匹配各种类型的工程器官，科学家们也希望能开发出一种能够对任何细胞或水溶性胶体都兼容的单糖。研究人员说到，将人类血管细胞注入到该脉管网络中，它会自发地产生新的愈伤组织，这与机体内血管生长方式几乎无异。研究人员表示，对于如何将那些类型的脉管网络与天然血管直接联接目前还有许多机理尚不十分明了。深入地研究下去肯定会收到令人兴奋的结果。

　　美国科学家使用糖类物质作为“墨水”，可以打印出血管组织，未来他们还计划在这种3D打印血管组织上植入活体器官，用于动物体科学研究工作。

　　据国外媒体报道，下一个3D打印机的重大突破是什么呢?3D打印血管将带给人们惊喜。2011年9月，当人们关注德国研究人员如何建立可打印的血管组织时，来自美国麻省理工学院和宾夕法尼亚州大学的一项联合研究取得了更近一步的成果，在这项最新研究中，研究人员使用糖物质混合物和自制式3D打印机建立了一个完整的血管组织。

　　这种3D打印机使用糖物质混合物作为“墨水”打印出所期望的血管组织，这种糖物质的性质可打印出模板，这是一种临时性管状网格模板。之后研究人员使用聚合物覆盖在管状网格模板上，来稳定这个打印模板。一旦该打印模板稳定下来，研究人员将活细胞放置在模板上，建立固态组织，这些糖物质将溶解，仅留下一个网状血管组织供液态物质流动。

　　该研究小组成员乔丹-米勒(Jordan Miller)接受《IEEE光谱》杂志记者采访时称，创新性打印血管组织的设计理念源自我们曾参观过一次人体世界展，在这次展览中，参观者可看到呈现出来的塑料人体血管，从而激发我们使用糖类物质按照类似的方法建立人体血管。研究小组的目标是在3D打印血管的基础上植入“活体器官”，从而进行动物体科学研究。>>

　　在不久的将来外科医生们或许就将可以在手术中现场利用打印设备打印出各种尺寸的骨骼用于临床使用。这种神奇的3D打印机现在已经被制造出来了，而用于替代真是人体骨骼的打印材料则正在紧锣密鼓地测试之中。相关论文发表在近期出版的《牙科材料》(Dental Materials)杂志上。

　　在实验室测试中，这种骨骼替代打印材料已经被证明可以支持人体骨骼细胞在其中生长，并且其有效性也已经在老鼠和兔子身上得到了验证。未来数年内，打印出的质量更好的骨骼替代品或将帮助外科手术医师进行骨骼损伤的修复，用于牙医诊所，甚至帮助骨质疏松症患者恢复健康。

　　萨斯米塔·博斯(Susmita Bose)说：“如果医生有一位病人的病变骨骼部位CT扫描图像，我们就能将其转为CAD图纸并根据病人的病变情况制作相应的代替骨骼。” 博斯是一位来自华盛顿州立大学的机械和材料工程师。

　　3D打印技术最近迅速兴起，成为炙手可热的新型产业，它可以打印的立体产品种类正迅速增加。为了打印骨骼材料，博斯和她的同事们使用了一台商业销售的ProMetal 3D打印机进行测试。这种3D打印机最初的设计目的是为了打印金属件。它会逐层喷洒塑料胶粒在一层粉末基底之上并逐层成型。每一层的厚度仅相当于人的头发丝宽度的一半。

　　这种骨骼支架的主要材料成分是磷酸钙，其中还额外添加了硅和锌以便增强其强度。当它被植入人体内之后可以暂时起到骨骼的支撑作用，并在此过程中帮助正常骨骼细胞生长发育并由此修复之前的损伤，随后这种材料可以在人体内自然溶解。

　　科学家们花费4年时间才找出这种材料的合适配方，其中涉及化学，材料学，生物学和工艺科学的诸多学科。这项研究工作得到了美国国家健康研究院的150万美元资助。 

　　全文总结：用3D打印机“克隆人”是不可能的，这点笔者很清楚，毕竟在这种情况下“克隆”的只是一个外壳，不会有精神与灵魂。不过却是可以将这种“克隆”技术应用于医学研究及模拟手术和培训。

　　3D打印机的出现，势必将会引发三维革命。分析人士预计，在制造商的推动下，到2016年3D打印业的资金会达到31亿，从鞋子到轿车，任何东西都能打印出来。到了3D打印机普及时，外出旅行忘记带牙刷了，没关系，只要一按打印机的按钮，就可以打印一把牙刷出来。就像是“克隆人”一样，这种听起来像科幻电影的情节，能够把虚拟变成真实，那时“克隆”将不会是梦！