杭州电子科技大学教授开发出国内首台生物3D打印机

中国杭州电子科技大学的徐铭恩教授开发出国内首台生物3D打印机。所谓生物3D打印机，就是以生物材料层层堆砌，制作出真正的活体组织的打印机。据杭州日报记者报道，此打印机的整机体积为64×50×70厘米，重量为50公斤。可打印人耳、鼻、面部模型，甚至还有肝脏最小组成单位肝小叶、脂肪组织、胰岛组织等。
据徐教授团队研究成员，杭电机械工程学院研究生赖雪聪介绍说：“该打印机打印1份成品通常需要1小时到几天不等，1个拇指大小的耳朵大概需要50分钟。”“打印完成后，还需要一段时间让新出炉的成品凝固。”

“像这个面具，需要打印4个小时，花费大约50毫升左右的水凝胶材料。”实验室的研究生赵占盈说。
徐教授还说，为了打印细胞，打印机的打印室和打印喷头全都保持在低温状态下，大约为0摄氏度左右。特制的打印喷头和材料固化技术能够提高细胞存活率达到90%以上。
徐教授认为此台生物3D打印机有以下几个优势：
高精度
能打印高黏度材料
打印过程中细胞损伤率低
设计了低温、高温双喷头
工作温度区间为 -5~260摄氏度
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3D打印机是眼下热门话题。在电脑上设计好三维图纸，打印机就会根据图纸打印出汽车、鞋子、枪、人像等。现在国内外有很多研究机构和公司，包括杭州的一些公司在从事3D打印。打印个鞋子、玩偶等非常简单。
　　昨天，杭州电子科技大学的徐铭恩教授，对外展示了他的团队研制的生物3D打印技术。徐教授可以使用医用高分子材料、无机材料、水凝胶材料和活细胞，打印出人的耳朵模型、鼻子模型、大腿骨头模型等。徐教授说，未来经过二三十年的努力，生物3D打印技术也许可以打印出人的肝脏、肾脏，并能移植入人体内。
　　打印的肝脏组织存活了4个月
　　在徐教授的实验室里，生物3D打印机正在工作。打印机在超净室里工作，每一个人进去都要除尘。
　　生物3D打印机的喷嘴有点像针管，喷出的材料，一点点地堆积起来，直到打印成型。
　　在实验室的培养皿里，泡着一些耳朵、鼻子和人脸，大约两三厘米大小，摸上去凉凉的，有点弹性。这是徐教授团队用细胞打印出来的。徐教授的学生说，打印一个三四厘米长的肾脏模型要四五个小时。
　　目前，徐教授的团队还打印出了肝脏最小组成单位肝小叶、脂肪组织、胰岛组织等，这些实物都是用人的细胞打印而成的，与人的肝脏、胰岛等高度类似，虽然离移植到体内很远，但可以用在医药行业的药物试验上，大大降低研发药品的成本。
　　生物3D打印机还用人的细胞打印出了完整的人耳朵软骨，如果人的耳朵软骨缺了一块，这个打印出来的软骨可以拿去修补人耳朵。不过，目前还没有在临床上实现过。此外，徐教授打印出来的器官模型还可以用于手术辅助、医学研究、教学等领域。
　　生物3D打印机打印出来的器官，活性很好，徐教授团队打印出来的肝脏组织，最长存活了4个月。
　　在网上搜索新闻，可以看到美国的一些科学家在年初曾用3D打印机打印出人的耳朵等器官。徐教授的生物3D打印机处在什么水平？
　　徐教授说，去年9月，生物材料方面的国际权威期刊《生物材料》对他的打印机有过评价，认为徐教授的生物3D打印机对细胞的破坏小，目前生物3D打印机领域的最高水平。
　　临床应用是终极目标
　　徐铭恩教授介绍了3D打印机的基本原理。整个过程就像是用砖头砌金字塔——3D打印机的喷嘴喷出一点一点的材料(这可以看作是金字塔的砖头)，喷头按电脑上的三维设计图纸，从底部开始，一点点喷出材料，堆砌出实物，就像是用砖头从底部开始一点点堆砌金字塔。
　　徐教授说，喷出的材料，可以是金属、塑料、生物细胞等，打印出来的实物，可以是杯子、枪、人的耳朵等。
　　用生物材料打印出来的器官，能临床应用是他们的终极目标。比如，人的肾脏坏了，现在只能肾脏移植，要找到能移植的肾脏很不容易，价格昂贵，也非常复杂。生物3D打印技术来了，事情变得简单，只要根据这位病人的实际情况，打印个肾脏给他装上就可以了。
　　说说简单，做起来是很难的。比如打印一把枪，要搞清楚哪些部分要用金属，哪些部分用塑料，哪些地方空心，哪些部分要特别坚固。而打印人的内脏器官，就更复杂了。比如打印一个肝脏用什么材料好？活细胞在打印时会不会马上死掉？肝脏大大小小的血管打印出来后能与人体连上吗？打印出来的肝脏会不会与人体产生排异反应，打印的时候如何保证全过程无菌？
　　徐教授说，想打印出真能用的肝脏、肾脏，这中间要走很长很艰辛的路，需要不同学科的科学家通力合作。
　　专家评价：处于国际领先水平
　　昨天，杭电还邀请了专家对“生物3D打印机”项目进行成果鉴定，与会专家有李继承(浙江大学医学部基础医学系教授，博士生导师，浙大细胞生物学研究所所长、人体解剖学与细胞生物学系主任)，欧阳宏伟(浙江大学医学院教授、博士生导师，浙大基础医学院院长)，陈杭(浙江大学生物医学工程与仪器科学学院教授，博士生导师)，陈清勇(解放军第117医院呼吸内科主任、主任医师，硕士生导师)等。
　　与会专家说，徐教授团队的生物3D打印机，能打印不少类别的生物材料、细胞损伤率低、打印精度较高。这些特性处于同类产品的国际领先水平。

目前，美国的Organovo公司出品的生物3D打印机能打印最小层厚为500微米，最高20层的活体肝脏组织细胞，且打印成品具有肝脏的特有功能，包括：生产白蛋白，纤维蛋白原和转铁蛋白，还有可诱导的细胞色素P450酶活性等。另外还有多家大学已经研发生物3D打印机。例如美国普林斯顿大学的可以“听到”无线电波的超强3D打印仿生耳、美国艾奥瓦大学开发的多臂生物3D打印机、以及美国康奈尔大学和荷兰科学家Ernst Jan Bos 3D打印的人造耳廓等等。同样处于国际先进水平的徐铭恩教授也能够打印肝脏组织。这些研究成果将为医药行业，特别是药品研发领域带来巨大的影响。但是想要打印出能移植入病人体内的活体器官，众多生物3D打印专家都表示，至少还需十几二十年。