3D打印技术在现代医学领域的应用

翟亚东 马云琦 何宇枫

摘  要：3D打印技术作为近几年来出现的一项新型制造技术，正在朝气蓬勃地发展并逐步地渗入到社会的各个领域。不仅仅给传统的机械制造行业注入了一股新鲜的血液，在生物医药方面更是大放异彩。本文简要的介绍了3D打印技术的基本原理以及在当代医学领域的应用。

关键词：3D打印;医学

一、3D打印技术的简介

3D打印技术也称 “增材制造”技术，其从上世纪80年代发展到现在已经有了30余年的历史。它有别于传统机械行业中的“减材制作”中去除材料的加工方法，是一种以数字化的模型信息为基础，运用粉末状的金属或者高分子塑料等粘合材料通过逐层的堆砌，最终形成所需物体形状与结构的一种新兴技术。它将传统的二维平面打印拓展到了三维的结构打印。为现在的各个领域的生产制造带来了福音，帮助我们进入了一个制造的新时代。

同时由于3D打印技术所依托的机器——3D打印机的成本远远的低于传统行业中机床的成本，同时其具有生产批量小，加工精度高，加工生产速度快等独特的优点，完美的契合了现代医学领域所需零件与材料的精度高，需要个性化定制等特点，因此其在现代的医疗领域中开始迅猛发展。

二、3D打印医学领域应用

（一）基本应用原理

3D打印技术在医学领域的基本应用原理和传统上意义上的基本应用原理很相似但是略有不同。在医学领域的3D打印技术主要分为以下几个步骤。

首先，人们根据医学影像数据或其他测量的数据通过计算机构建出所需打印物体的模型，之后对构建的模型利用切片软件进行切片使其形成一个个的二维图层，接下来就可以按照切好的图层对物体进行逐层的打印，最后需要对打印好的物体进行加工后的修饰处理，如表面的纳米级别的结构的处理，最终使其可以满足生物相容性等一系列人们所需要的性质。

（二）应用方向

由于其3D打印的生产特点与现代医疗发展方向的一致性。使得3D打印技术在在现代医学领域有着广泛的应用。其应用方向主要包括以下几个方面。

1、体外医疗器械的制造

一些假肢，矫正器等一些结构型医疗器械，需要根据人们的需求来进行特别的定做。这就大大提高了其生产成本。3D打印技术凭借其快速成型复杂结构的优点，可以满足人们对所需假肢，矫正器的个性化的需求。同时降低了傳统假肢和矫正器的制作成本，使得越来越多的残疾人能够负担的起个性化假肢或矫正器的定制。

2、3D打印组织器官

3D打印组织器官的应用主要有以下三个方面。

其一是首先通过医学影像仪器进行采集获得数据，利用3D打印快速成型技术，来进行病人的病变组织器官的打印，从而以用于对病变结构的分析方面。这一应用目前来说已经实现，2015年4月我国在广州就完成了首例利用3D打印肝脏模型进行体外分析，用于精确定位肿瘤，并完成切除的手术。同时现在供医学生使用的器官模型教具也可以通过3D打印的方法进行制作。

其二是组织工程支架的构建。组织工程支架材料是指能与组织活体细胞结合并能植入生物体的不同组织，并根据具体替代组织具备的功能的材料。同样以其结构的复杂性与精密性使得传统加工方法无从入手，而3D打印技术就可以很好的对组织工程支架进行构建。

其三是将3D打印的器官用于器官移植。器官移植是一些器官功能丧失性疾病的一种很好的解决方法。但是因为供体器官稀少和器官移植后会发生免疫排斥反应等问题，使得器官的移植近几年来发展艰难。供体器官稀少这一问题可以通过人造器官来解决，但是利用传统的方法来加工满足要求的人造器官所需成本过于高昂，同时一些较为复杂的器官无法被制造出来。3D打印技术由于其独特的生产优点，可以加工成本上大大降低人造器官所需要的成.组织工程支架的构建本。但是由于目前技术水平有限3D打印器官还并不能真正的用于临床医疗。对我们来说这还仅仅只是一个美好的展望。

3、3D打印药物

在医生控制给不同病人给药时，由于同一种疾病患者其患病的程度是不同的，患者自身的身体生理情况也是不同的，传统的批量化生产药物规格单一，在很大的程度上并不能对症按量给药，造成了药物资源在很大程度上的浪费。同时常规生产方式生产的药物在保质期上也比较短，不能够很好的保存。将3D打印技术用于药物的制造就很好地解决了这一系列的问题。打印机可以根据医生所开处方按照药物的用量以及可以按照药物的释放顺序和浓度梯度来进行对药物的3D打印。打印制成的药物实现药物在时间上的精准释放，因此可以很好的适应病人的病情与身体情况，从而节约了药物材料，也有利于对病情的精准控制。

三、3D打印医疗领域展望

3D打印技术因为其成型迅速，可加工复杂结构等优点，应用价值在医疗领域在不断地被开发，相信在不久的将来，3D打印器官移植等现在不能突破的问题，在未来都能够很好的得到解决。

参考文献

[1]  《生物医学工程》中国医药科技出版社

[2]  温金龙 顾吉仁 3D打印技术的优势及应用前景分析[A]1672-3791（2018）02（a）-0099-02

作者简介：翟亚东（1998-）男，汉族，郑州大学机械工程学院2016级学生。