清华前沿高分子研究中心危岩：组织工程与3D打印的天然生物材料

主持人：下面有请危岩，清华大学、清华前沿高分子研究中心，演讲的主题是：用于组织工程与3D打印的天然生物材料的研究进展。


    危岩：很感谢徐总，我争取讲快一点，我是在清华大学，然后是北大的本科读硕士，然后在美国出去30年。2009年响应国家中华崛起的号召回到了祖国，为国家服务。
    今天讲一下3D生物打印，我可以省很多的时间，因为刚刚大家讲了很多，另外我提出了一个概念，多维打印，不光是3D，超过3D，加上时间又是四纬，等一下我举一些材料的例子。目标就是多功能、智能化材料，和系统化产品，我觉得社会非常的重要，但是材料是核心。
    2013年我们在清华讲了一个3D打印的事情，3D打印是很成熟了，非常老的一个技术，一九四几年就有了。我是美国底特律一家汽车公司的顾问，当年该是我们的光固化的方法做汽车模型的。但是为什么现在这样热呢？就是计算机技术的进步，尤其是奥巴马是一个宣传家，一讲了之后就热门了，大家就做。然后奥巴马又宣传其他的东西，脑科学，他宣传之后，给一亿美金我们科学院马上跟上去；然后2015年奥巴马要搞精准医疗，我也拿了一大笔钱做精准治疗，到时候我们的精准治疗都可以3D打印。
    我们的科技部跟得特别的紧，1月份的美国弄了，科技部3月份就弄了。所以我在学校前天上课的时候问学生，我们国家的科技制度是谁制定的？大家异口同声的说是奥巴马。
    最早的是我们的高分子光固化的方法，这个是简单的不得了，陶瓷也能够打，当时我们都是不把一个HP打印机拆了，2001年的时候，把墨盒灌上各种生长因子，然后我们的卢院士说要打飞机等等。
    讲几个故事， 一个是清华的张抗抗，当时做博士的时候，汽车系，他说自己打，在老板的实验室挑了一些然后在淘宝网上卖，打各种各样的东西。  美国卖的最便宜的是1200美金，他说我卖的是2800人民币。他现在做的非常的不错，打蛋糕、灯罩、煎饼果子，非常的好
    （图示）这个也是我的一个合作学生，在华南理工学院，他给一个公司用于3D打印笔，去年过圣诞节，我买了一百个送给小朋友做礼物，五岁到十二岁的小朋友用了很高兴。然后完了以后，我们打印它就知道从点打印到线打印，打一个苹果小七个钟头，速度非常的慢。他说用我们高分子同时打，这个埃菲尔铁塔的话60分钟就打出来了。然后这个学生用秸秆打了一个椅子，打了一个整整一个星期，很慢是吧？但是他把校长的头像打到椅子说，校长高兴得不得了。其他的不多讲了，优点什么的大家都看到了，我们打印衣服、汽车，王院士新科院士打飞机，打的非常的好，这些吸引眼球的东西天天都有。
     3D生物打印我一直在推荐这个网站，几百页，各种梦想都有。刚刚比如说徐总提出打血管，原理很好，但是不能用上去。 那么打心脏什么的，现在很多还是很遥远的目标，还有很多路要走。
    我们那边开始打印，我们说先打骨头的东西都是非常简单的，都是在临床上用的，骨瘤修复的，然后它搜集了一大批的CT，三打印的图像，我们把医院的CT搜集起来，马上建模，可以打出不同的东西来，可以在临床上做很多的东西。
    （图示）这个是一个小朋友的头盖骨的修复，利用（英文）75%的头盖骨适用于PEEK高分子工程受药修复的，第一次植入病人的。
    2015年4月23日我们在深圳聚会，筹办成立国家三维，多维打印联盟。在3D打印研究院、3D打印研究院、3D打印镇，在义乌建了一个3D打印城。天天从村里到镇里到乡里，到省里，到国家都是3D打印。这些是时间玩意呢？是吸引眼球还是跟风，对我们的国家提出的问题，让我们回答几个问题，我们专门开了大会，我们要几十个顶级的使科学家、工程师，当时提出问题的时候我们国家有没有制高点，是不是又在跟风？第二这个东西有没有市场？有了这个市场，大家都要抢，打你的头像，打你的猫都可以，但是你的卖的比人家贵得无形多，比如是打鞋，你可以打一双鞋，人家熟练的工人在东莞的话做实销，你赚不到钱，这时候还要赚钱呢？有没有利润，不然全部是吃国家的，骗了国家的钱，发改委的钱用完了你的公司就垮了。
    我们开过几次会了，第一次在浙江海宁开的，当时我拿到龙泉宝剑跟我们的同事说，我们要在当下做事。然后在深圳开了三四百人，去年我们在安徽合肥规模也很大，我们进行了非常深入的讨论，从硬件到软件到材料。
    我的主要目的是什么做？3D生物打印机非常的好，现在赚钱的是硬件和软件的开发，模具等等。现在是卖机器的时候，当然我们要买（英文）的时候，四千美金，现在便宜得不得了，你买的话白送你都可以，赚你什么钱呢？转你的墨盒的钱，你每一次伤筋动骨的话，买一个墨盒就不得了。
    然后我们要做创新，要做可持续性的产品还是材料，我觉得创新性材料，方便快速打印出有多功能智能的个性化的产品。我们建议献策的时候跟总理办公室也讲了，另外我们要讲赚钱，你们的东西多贵啊。这些东西非常的漂亮，为了强大的国防，解放军有的是钱，我们为解放军能够打，肯定能够赚钱。二月份在美国陆军，他们已经把3D打印机装到大的坦克里面去了，现场缺零件，就金属打印的。这个是解放军，为了强大的国防，赚钱解放军的钱。第二个为了人民的健康，赚病人的钱，现在人们的生活水平都提高了。第三个是为了下一代的教育，赚孩子的钱。第四个是为了更美丽的人生，赚女生的钱。 这个是科技、商、结合，官、产、学、研、商都有。
    2D打印是我们的平面打印机，喷头或者说平台往上。有三维就有四维，既然那个能够叫四维的话，太多了，我再加上温度就五维，然后加一个光就变形了。然后太多了，加上光电时，每一个东西都是可控的，得到智能材料。
    这个是最早的老师把这个作为例子，你打出一个东西来了，这个部分的材料是随着时间伸缩的，这个是随着时间膨胀的。
    （图示）这是加热冷却的，已经成型的材料，你可以做人工肌肉，这个是光响应的，材料引用出来之后，一关灯就麾之即去，你可以想想在3D方面有多少的用途。我们看过一个电影《终结者》，你把它扭打成麻花了，它可以自己恢复原状。
    这个是热缩冷胀了材料，我们就可以设计盲人显示器等等。然后你用热光源，这个材料特别的有意思，做三维的东西，可以打一个鸡出来，打一个凤凰出来。一个材料预定成型，我一照光之后，这两个地方是纵向生长，这个地方是横向的，如果我不高兴我可以重新的做，就跟编程序的材料一样。
    我们可以打一个椅子，我希望一照光之后椅子腿就往下走。我们一直想要做爬行、智能材料，三维的，这样做出来小爬虫。
    各种复杂形状都可以变成一个雪花状，你要它哪个脚往下或者说往上都可以随便的设计，弄成麻花一样的，恢复到以前的形状。而且可以焊接，两个塑料片放在一起，这样的话可以做出更复杂的形状来。一照光之后，平面的物体和三维的物体，选择性照光，小虫子还可以往前爬，这个是液氮的温度下。
    最后我们做水凝胶，我们现在的水凝胶是尿布湿，我们的水凝胶是一种的条件下是像果冻一样的，但是我们的水凝胶，在一定的条件下是胶，然后你放了一些刺激源，各种硬的、软的，透明的不透明的都可以做。而且这个胶我们现在做了很多层，一个是天然的产物，虾皮产物加了一些东西在里面。我们设计了一个分子是PEG，也是SCFDA，美国FDA批准的，头上调的全基和氨基会形成稀疏碱，你要把它打开，就变成水一样的，它一焦点就变成了胶了，所以我们有多重响应性都达到了。
    这个是我最喜欢讲的故事，这个是我们307医院做的，解放军医院。当时我们挑了一个难治愈的伤口，那个老先生85岁，严重的糖尿病，髋骨摔坏了，然后307医院骨科做好了，但是躺在床上八个月，形成一个非常可怕的褥疮。然后我们达成协议，通过伦理委员会批准，就开始做工作。一开始这是一个褥疮的都是尾骨，它是6厘米的大创口，两厘米的深度做出来，然后用我们的水凝胶洗干净敷上去封起来，效果是非常的明显。开始是6厘米的伤口，7天、14天、21天、100天的时候，这个是伤口已经是不到1厘米了，在107天完全的愈合，这个时候伤口已经非常小了。所以我们非常高兴的结果，后来我们又在西京医院、301做烧伤、冻疮，做了十几例。
    我们可以把细胞放进去，发现细胞长得很好，而且通过打印头之后，成活率是60%以上。打印头之后，绿色是活的，红色是死的。然后我们的教授做的非常了不起的工作，带着我们的学生，做三维干细胞培养，这个是干细胞团在那里成长得非常的好，从两百多个长成上千个，数据都有，等一下徐老师会跟大家讲。
    然后我们还做了什么？就是在人体做了很多的过敏实验，老鼠实验。用电视机可以影响细胞和细胞的生长和干细胞的分化，这个就是我们的小董跟韩若（音译）在北京创新园做的，专门设了一个小装置，非常的有意思。
    这里讲的很多东西，3D打印是班门弄斧，还有一些原则就是还有我们要做什么东西最好玩的东西。最后没有讲的就是精准的治疗，精准治疗纳米颗粒，同时是诊断和治疗效率一致的，现在正在把它用3D打印出来展示。
    第二我们做化妆品，第三做微创的手术，这个我们跟广州的几个医院，它开了微创手术。
    最后总结的时候我们一定要在发展硬件的同时，一定要想到将来我们可持续繁荣发展的时候，多功能智能化的材料和个性化的成品，多功能的产品，智能化的产品，个性化的产品，那是以材料为主，材料是基本，将来增值的利润也在那边。
    感谢我们的学生，这个是我们的团队，最后希望大家有机会到清华大学访问和指导，我们一定欢迎！

嘉宾：我是来自南京鼓楼医院的，我有两个问题问一下，第一个，作为我们骨科来讲，我们3D打印的髋关节，腰椎的金属材料，这些都有一些模式的。我们一直在讨论，生物打印它的盈利模式要很久。第二个关于褥疮的问题，我自己有一个病人，我是连续给他换了三个月的药，而且比这个长得更好。就是你所谓的水凝胶到支架跟我疤痕有没有什么关系？我的时间比你还要早，水凝胶之间的很强烈的机制是什么？
   
    危岩：第一个问题很好，我们是硬骨头、软骨头都做，我们现在做外面的度药（音译），金属的塑料的都可以，如果用水凝胶的发展，就把水凝胶的硬度提高，我们现在做的化学。这些都不是问题，但是还有一些具体的问题，还有各种各样的政策。现在我们都是在解放军的医院里面做，都是走后门做的，因为患者要求的。他们307的老先生，跟每一个病人不一样。这个老先生不行，八个月了还不行，你先把液体的药物放在身体上，非常的有效。但是这体液的流失，驻留的时间短了。然后老先生一天换一两次药，护士很辛苦。后来用了我们的药，一个礼拜换两次。我们现在已经开发了药，临床医生想玩我们的胶，只要你需要我们可以给你寄过去。
   
    嘉宾：我给危老师这边一个（英文），徐总这边问个问题。本月同样在杭州开了一个会，有两个院士团队很隆重的提了4D打印的概念，我当场提出了一个反对的意见，今天危岩老师也提了多纬的打印问题。
    我认为从物理的角度来讲，多为打印是站不住脚的，只是打个比方，它从根本上来讲就是3D打印，只不过打印之后随着时间的变化或者是出现一个3D打印的材料。我们可以设想一下，假如我们把3D打印出来的时间响应说成是4D的话，那么2D打印也是3D打印了。这样从专业术语来讲就混乱了，包括海外的教授、院士可能做报告的时候出于生动或者说其他的考虑，打了一个比方，但是我现在发现一个非常大的问题，它对于青年学生，尤其是一批青年老师中，就开始赶时髦了，以为那是很正宗的一个专业术语，反而影响了一些变化
    这个时候一个需要有人说明对有一些时髦的提法是持不同的意见，不要因为他是国外的哪个教授，你就认为他了不得，应该自己去考虑。二是当然每个人有不同的权利，有不同的术语，你可以给他解决，但是至少我们应该知道，应该慎重的用，还有像危老师这种，打个比方，本来是很清楚的是什么意思，但是回来可以告诉别人，这个说法本来是这样的，你用就用，免得对青年人他以为一个新数据，现在尤其是在我们的材料领域以（英文）作为代表的过于追求创造一些花哨的专业术语，实则是没有这么多的问题。
    我想危老师是非常清楚这中间的情况，只是打了一个比方，但是我可能说明一下。还有后面关于徐总的，我倒觉得你提到了一个时时的监控反馈，我觉得这个非常的好，这个还真的是从你们公司硬件来讲是一个好的东西。你这个监控用的是什么技术？
   
    徐总：我们现在用的技术是叫做OCT技术，因为水凝胶是一种高反射的材料，所以说我用这种OCT，但是我又有所调整，我用更长的光波，通过这个来探测它的光层差，通过这个光层差来探测这地方的密度，整个扫描下来我就可以在三维进行成像，用这种方式来进行时时的监测。
   
    嘉宾：我倒期望未来有很好的产品。
   
    徐总：这套体系会在三个月内正式的出原型，现在3D打印有一些很严肃的问题都没有解决掉，一遇到跟生物结合，它的精度并不理想，这个倒是需要去改进的，还有它的精准性仍然不够，你刚才说的没有改变精度的问题，但是它至少改变了精准的问题，时而可重复性，能够控制，如果能够反馈的话，就能够提高它的性能。
   
    嘉宾：都是靠反馈来报告的。
   
    嘉宾：但是他的分贝在保留一定量的情况下，它的分辨率达不到。  
   
    危岩：我们清华有一个叫做戴情海（音译）教授，他评了两次的院士。他说叫七维光学，计算摄影学，我们照相的都知道，老式照相机，你要把光圈调小，镜伸就大；光圈条大，镜伸就小。如果你照一张相，把所有的信息全部都包括，你要它镜伸，前面你要看到习主席，他的脸色要很清楚。习主席后面照片看不到，一调看到习主席就是虚的。所有人都有，然后就不同频率，不同色彩。那都是因为七维光学做摄影，我说你看光的频率和光长一样吗？实际上光跟温度有什么区别？我们就扣扣光，一加温就变形了。
    我是这个意思，你想要渗透率，一半是打比方，一半还要很多东西落实的。
   
    主持人：谢谢，非常的精彩，我相信他们两个人的争论还没有完，等一下中午的时候可以再探讨一下。对于一个问题，张志军教授，来自于中国科学院。
   
    张教授：我是做纳米技术结合可支架材料做干细胞的功能操控的，今天听了这个报告，我深受启发，包括与临床相关的东西，我们从材料设计的东西，一系列的问题不会产生这么多。我就问两个问题，一个是针对设备的是徐总的，另外一个是材料，危教授帮我一下。
    先说设备的事，实际上不管哪种器官组织，绝大多数情况下，都不是均匀的，都不是对冲的，包括密度，各种功能都是很复杂的，在设备的研发过程中怎么样做到这一点，后面徐总说了高冲量（音译）的设备，一个程度能够解决这个问题，但是你满足广泛应用，我觉得还要很具体。
    再一个材料方面，打印出来生物相融性和细胞相融性，还有细胞的成活率还要高，不影响它的分化。目前的材料包括（英文）这些东西用得都很多了，我们有什么思路来解决新的材料来解决这方面的问题，国际上做的这方面的事。
   
   
    危岩：现在我们做材料做了几十年，头都大了。从一千发表到几万篇文章，但是如果说仅仅发文章，FDA绝对不会批的。我们越做头越大，然后材料是非常神奇的。我们现在只能说调控，在一定的范围内做成，另外一个是做精准化，我们下面看看聚焦的时候，能够达到20个亿，第二天我就买飞机票到深圳去看，是真的还是假的，那个到时候如果把静电方式，但是做静电纺丝工作没有用。大家把进厂和静电的纺丝跟3D打印结合起来，我们现在招了好几个博士后，希望把这个事做成。
   
    徐总：通过多通道我可以不同的部位可以打印不同的材料，但是第一个阶段通过多通道的方式，通过模块化的方式，可以打印不同的材料，可以用不同的方式来打印，通量大一点，我可以做一个基底，我们用精度高的方式来配合，这样不同的肌理来进行配合。至于说能否广泛的应用，我觉得应用一定是逐步实现的，从我们的皮肤、软骨等等这些方向，简单的技术先开始。随着技术的发展，会有更好的解决方案的出现，然后会把这些技术更新整合起来。
   
    主持人：上午从危岩教授的材料到徐教授的设备，再到刘晶教授的监管、预测，再到付小兵院士整个国家大的策略的层面的规划非常的成功。