2014突破性科學(xué)技術(shù)：微型3D打印

      

       不同材質(zhì)的打印材料可以極大地拓展 3D 打印的適用范圍，在科學(xué)家的創(chuàng)新之下，3D打印機(jī)即使面對(duì)活生生的細(xì)胞，也可以操控自如 ，打印出更具活性，成功率更高的人體組織，更可為將來打印出功能健全的肝臟或者腎臟提供技術(shù)。
       突破點(diǎn)：3D 打印使用多種材料可以制造出帶有血管的生物組織。
       突破理由：根據(jù)功能采用不同材料可以打印出人造器官和創(chuàng)新的人造部件。
       主要參與者：哈佛的 Jennifer Lewis、普林斯頓的 Michael McAlpine 和劍橋的 Keith Martin。
       雖然說 3D 打印最近幾年異?；馃?，但是它的應(yīng)用范圍卻很有限。3D 打印可以用來打印復(fù)雜的物體，但是材料卻只限塑料。即便是擁有非常先進(jìn)的層疊制造工藝的 3D 打印廠家，也只是用金屬來打印零部件。但是，如果 3D 打印機(jī)可以同時(shí)使用多種材料來打印，比如說活的細(xì)胞或者半導(dǎo)體，根據(jù)需求混合、精準(zhǔn)打印，會(huì)發(fā)生什么？
       哈佛大學(xué)的材料科學(xué)家 Jennifer Lewis 正在開發(fā)的化學(xué)材料和 3D 打印機(jī)可以使上述目標(biāo)成真。她從物體的最底層開始按照需求一層一層地網(wǎng)上堆疊材料，比如說能導(dǎo)電的材料或者是光學(xué)通道。這意味著 3D 打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多材料混合打印，可以根據(jù)環(huán)境發(fā)生變化。“融合形式和功能，這就是 3D 打印的下一個(gè)里程碑?！?br />

      普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功地打印出了仿生耳朵，包含了生物組織和電子部件；劍橋大學(xué)的研究者也打印出了用視網(wǎng)膜細(xì)胞組成的復(fù)雜眼球組織。在這些卓越的 3D 打印進(jìn)步事件中，Lewis 的實(shí)驗(yàn)室憑借其采用的多種材料以及可打印物體種類而顯得更加優(yōu)秀。
      去年，Lewis 和她的學(xué)生向外界展示了他們的技術(shù)可以打印極小的電極以及其他鋰電池需要的組件。他們還可以打印運(yùn)動(dòng)員用的塑料貼片，上面包含了多種傳感器，可以檢測腦震蕩，測量其危害程度。最近，她的團(tuán)隊(duì)打印出了包含復(fù)雜血管的生物組織。為了完成這一目標(biāo)，研究者們需要研制出多種類型的細(xì)胞“墨水”，以及支撐組織矩陣的材料。該技術(shù)成功解決了制造用于臨床測試或人體器官移植的人工組織的一大難題：如何讓血管系統(tǒng)中的細(xì)胞存活下來。
       Lewis 創(chuàng)新的秘訣就在于在 3D 打印的時(shí)候能掌握各種墨水之間不同的特性。每一種墨水都是一種不同的材料，可以再室溫環(huán)境下打??；不同的材料有不同的問題需要克服，比如說如果用打印噴嘴來打印，就會(huì)破壞細(xì)胞。所以，打印所需的材料在一定壓力下從噴嘴中擠出來，這樣問題就解決了（注：傳統(tǒng)3D打印是將塑料融化后堆疊）。
       在還沒有加入哈佛大學(xué)之前，Lewis 在伊利諾伊大學(xué)研究 3D 打印技術(shù)就已經(jīng)超過 10 年了，她曾經(jīng)用過陶瓷、金屬納米顆粒、聚合物以及其他非生物材料。在加入哈佛大學(xué)之后她建立了自己的實(shí)驗(yàn)室，第一次嘗試用生物細(xì)胞和組織來打印物體，她希望能像用塑料打印物體一樣來操控這些具有活性的物體。這種想法以前聽上去有些天真，但是現(xiàn)在她做到了。能在 3D 打印的人體組織中加入血管是制造人造器官的重要一步。Lewis 說：跟細(xì)胞打交道“真的很復(fù)雜，在外面打印出功能正常的肝臟或者腎臟之前，還有許多事需要我們?nèi)プ觥Ｎ覀儸F(xiàn)在只是邁出了第一步?！?br />