2020年8月20日-21日，中国增材制造产业发展芜湖（繁昌）高峰论坛暨2020年中国增材制造产业年会在安徽芜湖市举行，此次年会由工业和信息化部装备工业发展中心、安徽省经济和信息化厅、芜湖市人民政府指导，中国增材制造产业联盟主办，繁昌县人民政府协办，南极熊作为支持媒体对本次会议进行了直播。
在“增材制造与医疗应用推进论坛”上，苏州大学教授 张克勤做了《蚕丝蛋白生物3D打印研究》的演讲，下面是现场文字速记。
张克勤（苏州大学教授）：谢谢，很高兴见到大家，今天把我做的一些研究给大家介绍一下。我可能会从下面几个方面，一个是对蚕丝蛋白这个材料做一个简单的介绍，在座的各位有了解这个材料的也有不了解的。后面我们会从两方面，打印的技术或者是我们采用的打印的方法来给大家介绍一下我们所做的一些工作，最后做一点简单的总结，谈不上结论。
蚕丝，在江南这一带是非常熟悉的，可能首先对它的了解最直观的是丝绸的衣服，可能有的人小时候也去养过蚕，在每年的2月、3月的时候就会把蚕茧拿出来放在适合的温度和湿度下就会孵化出小蚕，小蚕它会吃桑叶逐渐长大，当到了3月4月的时候，养了五六个星期之后，就会长成熟蚕，要去吐丝、结茧把自己包起来，过一段时间它会变成蛹最后变成飞蛾，飞蛾又产卵变成下一批的蚕，这就是它的一个生态轮回。
当然我们最感兴趣的，从我们古代到现在来讲最感兴趣的就是参见，因为我们对它的丝是非常感兴趣的。跟大家稍微介绍一下这个蚕，蚕丝大家看起来或穿在衣服上是一个纤维，但是你去看它的结构，它表面包了一层丝胶，我们从古代到现在所有做的丝绸的衣服第一步都是要把它的胶脱掉，它最主要的作用是用来保护蚕丝。我们的重点还是回到我们的蚕丝蛋白，记住中间这两根丝，如果从它的结构、分子状态看，它是非常长链的高分子，它分为两部分。它的重点，会形成一定的结构，我们把它叫做折叠结构，这就为我们的蚕丝提供了非常好的力学性能的来源。
由弹簧和一些连接在一起的性能，我从古到今我们对它感兴趣的也是它力学的性能。它跟我们自然界最强的生物丝，蜘蛛丝比是差一点，但是它的力也是足够的。我们对蚕丝的利用和理解已经远远超过了我们对它传统上作为一个纺织材料，作为一个为我们提供温暖的材料的理解，在我们现在蚕丝蛋白已经可以做成任何的形态，纤维、微球、管、凝胶等等的形态，它都是有很多人在做研究的，实际上也有不少的产品在应用。
从材料的角度讲，蚕丝和蚕丝蛋白可能在我们材料科学家的眼里跟大部分的高分子有一定的区别，但是它的好处是在于，它有很好的生物相融性，因为我们几千年来穿丝绸、戴丝绸，从来没听过说谁穿丝绸会过敏。从目前所有的证据看，像是蚕丝蛋白对我们整体是非常好的，它具有非常好的低致敏性和低敏源的反应，当然它也是一个生物可降解的材料，在美国、在国家国内有不少的产品基于这个蚕丝蛋白的产品已经是在药监局批评了，在市面上可以去流通。
在我们的生物医药应用方面，基于蚕丝的很多产品，比如说我们在组织工程方面，作为人工支架，软组织、心脏动脉、冠状动脉的应用包括植入的器件包括一些疾病模型的研究很多都在用蚕丝蛋白这样的产品，或者是基于蚕丝蛋白的这样一个支架材料。
在我们过去，想制备一个蚕丝蛋白的支架需要很复杂的流程，当然它的结构是很好的，但是实际上还是相当麻烦的。希望用3D打印的方式，基于蚕丝蛋白做一些三维支架的材料，首先我们可能要把蚕丝蛋白提纯，如果说我们用激光的方式还要接上很多光催化剂、黏合剂，我们发现很多工作我们可以非常轻易地、容易地得到基于蚕丝蛋白的3D打印的结构和材料。
这是近期的工作，这个研究所用蚕丝蛋白打印了一个人工的蜘蛛丝的网，从这个可以看出来，蚕丝蛋白是非常好的可打印的材料。在我的课题组也做了这样的一些尝试，首先我们要把蚕茧提纯，我们现在基本上已经实现了一个标准的流程了，甚至可以在实验室中把它提纯，大批量做成蚕丝蛋白这样的可用于生物医用材料的原料。
这是实际的实验室的操作，首先我们把蚕茧脱胶，然后我们用高浓度的盐把分子的界限打断，溶解完全之后还要做透析，最后变成可再生的蚕丝蛋白溶液。基于这个材料可以做很多的应用，包括3D打印。如果我们把这个材料做成一个膜，可以看到它的光学质量以及强度都是非常好的，是一个类似塑料的材料。
当然我们也希望去做它的三维打印的可打印性的研究，但是通常我们得到的蚕丝蛋白去做打印是非常困难的，因为它的可打印性非常差。第一步我们会研究它的特性，同时我们会发现，蚕丝蛋白溶液首先它的可打印性是不太行的，基本上不太可能成形，所以我们开始的时候加了一个凝胶在里面，通过凝胶的添加，它是可以去进行打印的，但是有很多的同行质疑。我们下定决心还是用生物打印的方式做一个纯蚕丝蛋白的打印，我们就买了一台3D打印机，希望去做纯蚕丝蛋白的3D打印。
通过不断的努力，最近我们有了比较好的结构，这是一个纯的蚕丝蛋白，没有加任何的添加剂，它是一个纯的，当然这里面费了很多的功夫在让它成形的过程当中我们想了很多的办法，因为它本身很难形成凝胶，形成凝胶之后我们不断“捶打”，把它的温度不断调整，它的可打印性就有了非常好的提升。
这是它的一些生物的特性，我就不讲了。这是我们细胞形态的一些观察，我也不多做解释。
这是一些比较微小的结构，比如说细胞在里面的生长也是非常有意思的，它跟我们平常的材料是不太一样的。下面我们想起初的方式比较慢，我们就想发展另一种方式就是激光或者说是光学的方式来做这个材料。我们和美国西北大学一个教授合作开发了这样一个连续投影3D打印技术，我们加了光硬化剂，维他命B6它又是一个比较好的可降解的材料，把它加进去进行一个打印，可以看到蚕丝蛋白的材料能得到一个非常好的形态，甚至我们可以在细节上做一些调控。
我们也尝试着做了支架的打印，它的速度是很快的，分辨率也是相当高的，我们在15分钟之内可以打出一个非常好的支架材料，视频最后可以看到，而且同时它的分辨率也是非常高的。我们在十几分钟内就可以得到这样一个支架材料，无论是它的形态还是什么都可以做进一步的精确的控制。
在生物医学应用上，我们实际上是并不擅长的，但是我们有这些工作的基础，这是和河北的一位医院的临床主任，他找到我们希望跟我们合作，做一个人工的气管，据他所说，在河北的人民医院，据他的统计每年要增加很多气管病的病人。传统的手术会产生很多的并发症，对病人的生活质量有很大的影响，他至少有一年两年的时间不能躺下睡觉，病人的生活质量会非常差，他就希望用这种组织工程的再生的气管使病人生活质量提高。
我做一个比较简单的总结，我们是用蚕丝蛋白这个材料用在我们3D打印支架的材料方面，可以看出来，丝蛋白这个材料它本身可降解率是非常好的，远远超出了我们对蚕丝蛋白这种材料的认识，我们希望未来在3D材料打印方面可以和各位有更多的合作，有进一步的发展，谢谢大家！
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