最近，3D打印業內被一則消息刷屏----“華中科大研發出鑄鍛銑一體化金屬3D打印技術”。這不僅是我國3D打印技術發展一大振奮人心的消息，更擴展了全球3D打印的技術局限，為未來的技術發展指明了新的方向。然而，近期的3D打印技術發展不僅如此，國際上還有其他領域的“尖端技術”誕生。下面就讓我們一起來看看最近有哪些革命性新技術吧！


    我國金屬3D打印現重大突破


    由華中科技大學張海鷗教授主導研發的“鑄鍛銑一體化”金屬3D打印技術，成功制造出了世界首批3D打印鍛件。該成果打破了3D打印行業最大的障礙，有望改變世界金屬零件制造的歷史。

    目前的3D金屬打印技術雖實現了綠色鑄造，但因缺乏鍛壓技術，無法解決裂紋和變形缺陷。為解決這一世界性難題，張海鷗團隊經過十多年攻關，獨立研制出“微鑄鍛同步復合”設備，創造性地將金屬鑄造、鍛壓技術合二為一，實現了首超西方的微型“邊鑄邊鍛技術”，大幅提高制件強度和韌性，確保了構件的疲勞壽命和可靠性。張海鷗教授介紹，運用該技術生產零件，其精細程度比激光3D打印提高50%。同時，零件的形狀尺寸和組織性能可控，大大縮小產品周期。該技術以金屬絲材為原料，材料利用率達到80%以上，而絲材料價格成本僅為目前普遍使用材料的十分之一左右。在熱源方面，因使用高效廉價的電弧，成本也只需進口激光器的十分之一。


    據了解，“鑄鍛銑一體化”金屬3D打印技術具有廣闊的應用前景，將帶來包括設計、材料、工藝、檢測、控制、裝備等一系列制造要素的變革，促進我國傳統工業轉型。


    日本科研機構開發出3D打印血管與神經技術


    在再生醫療領域，日本多家科研機構在研究使用3D打印技術生產血管等復雜組織。日本佐賀大學將iPS細胞（人體誘導多功能干細胞）培育出的細胞群打印成管狀結構，制成血管。京都大學利用3D打印技術制成包裹著神經的筒狀組織，并將其移植到實驗鼠身上，實現了神經的再生。日本政府預計到2020年前后，iPS細胞將可用于治療心臟病等疾病，正在加緊掌握與人體組織形狀相近的人造立體組織移植技術。

    iPS細胞不僅被用于治療眼部的疑難病癥，未來還可能被用于治療心力衰竭和脊髓損傷。在培育用于移植治療的長血管和立體內臟時，管狀和袋狀的組織結構常需要使用很多細胞。研究團隊認為，既然3D打印技術的原理是層層疊加樹脂材料打印成立體作品，如果用細胞代替樹脂，也可以打印出立體的組織。佐賀大學教授森田茂樹的研究團隊將人類iPS細胞培養出可發育成血管的細胞群，并在多排細針組成陣列的微型基座上層層串起細胞，最后打印出長2厘米，直徑5毫米的管狀結構。將管狀結構細胞從細針上取下，內部使用培養液貫穿。數天后分化成不同種類的細胞會在內壁形成細胞層，最終形成血管。今后將在豬身上進行血管移植實驗。該研究使用了發源于九州大學的新創企業Cyfuse與澀谷工業合作研發的“Bio3D打印機”。


    目前有一種治療心肌梗塞的方法是摘取患者的其他血管來替代被淤塞血管。但這種方法對人體會造成很大的負擔，使用人工血管容易造成再次淤塞，因此人們對iPS細胞制成的血管期待很高。京都大學副教授池口良輔的研究團隊使用可分化成皮膚等組織的細胞，制成長8毫米，直徑3毫米的管狀結構。將其移植到被切除部分神經的實驗鼠的創口處，8周后管內產生了神經連接，老鼠恢復行走能力。可見，筒狀構造可培育長成神經的細胞，促進神經再生。計劃3年后將該技術投入臨床研究階段。


    干細胞3D打印定制抗炎軟骨技術


    為了不用手術就可以治療磨損發炎的髖關節，科學家們在類似髖關節股骨頭的3D支架上誘導干細胞進行編程生長為新的軟骨，同時結合基因治療還可以激活新軟骨釋放抗炎分子防止關節炎復發。這項技術使用了一種3D可生物降解的合成支架，這種支架可以根據病人關節的準確形狀進行定制，再利用病人皮膚下脂肪組織中的干細胞誘導形成軟骨，將其覆蓋在3D支架上從而獲得新的關節軟骨。隨后將新軟骨植入發炎髖關節表面，用活組織重新覆蓋髖關節，從而消除關節炎疼痛，延緩甚至消除一些病人對關節替換手術的需要。

    除此之外，研究人員還借助基因療法將一個基因插入到新生的軟骨細胞中，再用一種簡單藥物將其激活，該基因可以促進抗炎分子的釋放進而防止關節炎復發。“在有炎癥的時候，我們可以給病人一種簡單的藥物，激活我們植入的基因來降低關節部位的炎癥，這樣我們就可以在任意時候停止給藥來關閉基因的表達。”研究人員這樣說道。這種基因療法是非常重要的，當關節部位的炎癥分子水平增加，軟骨會受到損傷，疼痛也會出現。將基因療法加入到干細胞和3D打印支架技術中，研究人員相信這將有助于阻止關節炎復發，讓植入軟骨發揮更長時間的作用。


    有數據表明目前有3000萬人美國人被診斷為骨關節炎，而骨關節炎的發生率處于上升態勢。該數字中包含許多年齡在40到65歲的相對年輕病人，這些病人由于受到年齡限制還不適合進行關節替換手術，而傳統的方法又不是特別有效。研究人員認為這部分病人或在將來成為使用這種新技術的理想候選人。

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責任編輯：王元

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