2014突破性技术创新：3D打印材料的混合打印

3D打印

不同材质的3D打印材料可以极大地拓展 3D 打印的适用范围，在科学家的创新之下，3D打印机即使面对活生生的细胞，也可以操控自如，打印出更具活性，成功率更高的人体组织，更可为将来打印出功能健全的肝脏或者肾脏提供技术。 突破点：3D 打印使用多种材料可以制造出带有血管的生物组织。 突破理由：根据功能采用不同材料可以打印出人造器官和创新的人造部件。 主要参与者：哈佛的 Jennifer Lewis、普林斯顿的 Michael McAlpine 和剑桥的 Keith Martin。 虽然说 3D 打印最近几年异常火热，但是它的应用范围却很有限。3D 打印可以用来打印复杂的物体，但是材料却只限塑料。即便是拥有非常先进的层叠制造工艺的 3D 打印厂家，也只是用金属来打印零部件。但是，如果 3D 打印机可以同时使用多种材料来打印，比如说活的细胞或者半导体，根据需求混合、精准打印，会发生什么？ 哈佛大学的材料科学家 Jennifer Lewis 正在开发的化学材料和 3D 打印机可以使上述目标成真。她从物体的最底层开始按照需求一层一层地网上堆叠材料，比如说能导电的材料或者是光学通道。这意味着 3D 打印技术可以实现多材料混合打印，可以根据环境发生变化。“融合形式和功能，这就是 3D 打印的下一个里程碑。” 普林斯顿大学的研究团队成功地打印出了仿生耳朵，包含了生物组织和电子部件；剑桥大学的研究者也打印出了用视网膜细胞组成的复杂眼球组织。在这些卓越的 3D 打印进步事件中，Lewis 的实验室凭借其采用的多种材料以及可打印物体种类而显得更加优秀。 去年，Lewis 和她的学生向外界展示了他们的技术可以打印极小的电极以及其他锂电池需要的组件。他们还可以打印运动员用的塑料贴片，上面包含了多种传感器，可以检测脑震荡，测量其危害程度。最近，她的团队打印出了包含复杂血管的生物组织。为了完成这一目标，研究者们需要研制出多种类型的细胞“墨水”，以及支撑组织矩阵的材料。该技术成功解决了制造用于临床测试或人体器官移植的人工组织的一大难题：如何让血管系统中的细胞存活下来。 Lewis 创新的秘诀就在于在 3D 打印的时候能掌握各种墨水之间不同的特性。每一种墨水都是一种不同的材料，可以再室温环境下打印；不同的材料有不同的问题需要克服，比如说如果用打印喷嘴来打印，就会破坏细胞。所以，打印所需的材料在一定压力下从喷嘴中挤出来，这样问题就解决了（注：传统3D打印是将塑料融化后堆叠）。 在还没有加入哈佛大学之前，Lewis 在伊利诺伊大学研究 3D 打印技术就已经超过 10 年了，她曾经用过陶瓷、金属纳米颗粒、聚合物以及其他非生物材料。在加入哈佛大学之后她建立了自己的实验室，第一次尝试用生物细胞和组织来打印物体，她希望能像用塑料打印物体一样来操控这些具有活性的物体。这种想法以前听上去有些天真，但是现在她做到了。能在 3D 打印的人体组织中加入血管是制造人造器官的重要一步。Lewis 说：跟细胞打交道“真的很复杂，在外面打印出功能正常的肝脏或者肾脏之前，还有许多事需要我们去做。我们现在只是迈出了第一步。”