3D打印是增材制造的一種形式，通過對材料進行選擇性的增量分層以形成3D結構來生產產品。目前有三種主要能夠應用于醫學領域的3D打印方式：3D打印制藥（printing of pharmaceuticals）、3D打印結構性醫療器械（printing of structural medical devices）和3D生物打印（3D bioprinting）。其中，3D生物打印是一種以活細胞和生物相容性材料（生物材料）在三維結構上打印類似活體組織結構的新科技手段。

這項技術應用過程中用到的細胞和生物材料被稱為“生物墨水”，可以打印出能夠模仿體內復雜生物結構的組織。3D生物打印技術目前的研究重點是制造患病組織模型，這些模型可以替代實驗動物測試新藥。這項技術還被用來進行新的醫學療法研究。這種利用生物打印制造像組織一樣的材料的技術被稱為“生物制造”。

運用這種技術，生物墨水的選擇尤為重要，那么如何選擇合適的生物墨水呢？

生物墨水是用來制造仿生組織結構的，理想的生物墨水應該具備以下條件：一是保持正確的物理屬性以便打印。二是滿足反應（凝膠）的需求，能夠塑造一個三維形狀。三是生物相容性,在有毒產品中不降解。四是具有活體組織的機械相似屬性。五是在機體中能夠支持細胞的生長。

具有這些特性的材料主要包括天然蛋白質，如明膠和絲。將它們制成液體溶液，需要打印時，就可以按需制備半固體材料。由于生物墨水是用來制造組織狀結構的，因此，它可能還含有活細胞，但將細胞添加到生物墨水中會使其變得更加細膩，打印難度更高。

3D生物打印技術，已經越發成熟，主要應用于醫學領域：

1.肺

肺的核心功能單位是肺泡，肺泡是氣體（氧氣）進入毛細血管的地方。美國的一些大學研發了一種水凝膠，可以模仿血管通道。當紅細胞被泵出并通過這些通道時，能夠獲得氧氣（圖1）。

2.卵巢

國外已經有研究機構打印出能夠維持卵泡生活的明膠結構。當這些人造卵巢被移植到絕育小鼠的體內時，可以發育出血管和卵泡并且自然成熟。人工植入的卵巢能夠使受精卵在母體內發育到足月出生，母體也能哺乳，并表現出正常的激素功能。

3.角膜（基質）

利用微擠壓打印技術打印了角膜的一部分（眼球前部的透明部分）。造出了膠原蛋白和包含人類角膜細胞的海藻酸生物墨水，并打印成一個定制的角膜模具，模具去除后留下的便是透明的角膜組織。

雖然3D打印技術已經發展了一段時間了，但是還是面臨這一些挑戰，比如（1）組織異質性。組織和器官由各種不同類型的細胞組成。先隔離后打印每種類型的細胞，并確保它們位于解剖學上的對應位置和并能充分發揮作用仍然是一個挑戰。（2）血管。血液供應幾乎是所有組織的一個關鍵功能。沒有血液供應，大多數組織會迅速死亡。重新創建這個血液供應網絡非常困難，嘗試打印血管（內皮）或使用激素促進其增長的探索正在持續進行。（3）組織和器官排斥。用于打印的生物材料可能會引發來自病人的免疫排斥反應，特別是當打印的生物構造體包含來自捐獻者的細胞時。

在未來相當長的一段時間里，3D打印技術一定是一個有潛力的發展方向，以后會更多的運用到醫學及更多領域。

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