近年來，3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用取得了巨大的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)為解決臨床醫(yī)學(xué)中面臨的疑難病癥提供了創(chuàng)造性思路；目前3D打印技術(shù)主要從醫(yī)學(xué)模型、導(dǎo)板、康復(fù)輔具和植入物，延伸到了組織工程支架，甚至細(xì)胞、組織器官等領(lǐng)域。

　　根據(jù)所用醫(yī)用材料的特性，3D打印技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用大體分為4個(gè)層次。①生物相容性要求較低的醫(yī)用材料，例如應(yīng)用于3D打印體外診斷與預(yù)測模型、導(dǎo)板、3D打印體外假肢或矯形輔具等，該領(lǐng)域的應(yīng)用極大地發(fā)揮了3D打印在個(gè)性化定制方面的優(yōu)勢，可使病人得到更好的治療。②滿足生物相容性，但非降解醫(yī)用材料，此類打印產(chǎn)品可以作為體內(nèi)植入物，目前應(yīng)用材料主要有鈦合金、鈷鉻合金和鉭合金等金屬材料，也可以是高分子等惰性材料等，其中多家3D打印金屬植入物廠商已獲得多個(gè)上市許可證書，產(chǎn)品已應(yīng)用于臨床。③良好生物相容性且可降解的醫(yī)學(xué)材料，主要的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榇蛴〗M織工程支架。其要求打印的植入物不僅能與生物體相容，還要具有降解特性，在體內(nèi)一定時(shí)間促進(jìn)體內(nèi)缺損組織的生長和愈合。④活性細(xì)胞、蛋白及其他生物活性分子，該層次的生物3D打印技術(shù)也被稱作細(xì)胞3D打印技術(shù)。細(xì)胞3D打印技術(shù)可以直接將細(xì)胞、蛋白及其他具有生物活性的材料（例如蛋白質(zhì)，DNA，生長因子等）作為3D打印的基本單元，以3D打印的方式，直接構(gòu)建組織或器官。

　　本文主要介紹醫(yī)用金屬、醫(yī)用聚合物、陶瓷基以及生物墨水（水凝膠類）等材料在3D打印醫(yī)學(xué)中的研究應(yīng)用及發(fā)展。

　　醫(yī)用金屬材料

　　3D打印醫(yī)用金屬材料常見的有不銹鋼，鈦合金，鈷鉻合金和鉭合金等，一般用于制備植入物，目前主要集中在個(gè)性化骨植入物、支撐性支架等。這些金屬材料具有良好的生物相容性，可以滿足醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

　　金屬材料最常見的打印方法是粉末床熔融，目前主要使用激光和電子束的高能量源選擇性區(qū)域熔融金屬粉末。

　　醫(yī)用聚合物材料

　　3D打印醫(yī)用聚合物材料主要應(yīng)用于醫(yī)療模型與手術(shù)導(dǎo)板等，少部分材料可作為生物可降解組織工程支架和生物墨水的基質(zhì)，這類材料有聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、蛋白質(zhì)、多糖以及水凝膠（具有高水含量的親水性或雙親性聚合物三維網(wǎng)絡(luò)）等聚合物。

可用于患者康復(fù)治療的個(gè)性化手臂康復(fù)輔具。

　　醫(yī)用高分子打印材料具有非常優(yōu)異的加工性能，可適用于多種打印技術(shù)，使得其成為生物3D打印材料中的主要材料之一。

　　陶瓷基生物材料

　　醫(yī)用活性陶瓷能夠模擬自然骨的礦物相、結(jié)構(gòu)以及機(jī)械性能，是理想的仿生骨修復(fù)材料。由此得到各國研究者的高度重視并獲得大力發(fā)展，但在韌性等方面仍存在不足。

　　羥基磷灰石義眼臺由于其成分與人體無機(jī)成分相似，術(shù)后不易引起并發(fā)癥，應(yīng)用于眼球摘除或眼內(nèi)容剜出術(shù)后預(yù)防和矯正眼眶畸形。

羥基磷灰石義眼臺

　　羥基磷灰石粉末礦物相中磷酸鈣的大量存在，被廣泛應(yīng)用于陶瓷3D打印研究中。然而與金屬、聚合物相比，醫(yī)用生物陶瓷材料的應(yīng)用略微遜色，3D打印生物陶瓷的性能與實(shí)際的應(yīng)用需求有一定差距，限制了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

　　生物墨水

　　雖然，目前已經(jīng)有研究人員利用3D打印技術(shù)和生物墨水打印出人體耳廓、腎臟甚至是心臟等活體組織，但仍面臨細(xì)胞活性保持以及組織功能性維系等困難。醫(yī)用水凝膠、生物交聯(lián)劑和活細(xì)胞共同組成了生物3D打印所需的“生物墨水”。無論是天然生物墨水還是合成生物墨水，其墨水材料在粘度、強(qiáng)度和生物相容性等方面有嚴(yán)格的要求。

　　目前，已有實(shí)驗(yàn)將細(xì)胞與3D打印的生物支架共同培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明細(xì)胞能夠在多種三維支架上存活，并且比普通二維培養(yǎng)的效果要好。多方報(bào)道已經(jīng)可以打印出皮膚、角膜、軟骨、心臟、肺部、肝臟、腎臟、骨頭和血管等組織器官。例如2019年以色列特拉維夫大學(xué)的科學(xué)家利用3D打印技術(shù)，造出一顆mini版“心臟”，其具有細(xì)胞、血管、心室和心房，雖然這一人工心臟很小，只有兔子心臟的大小，但是科學(xué)家們希望沿著這一突破，未來有一天能夠研發(fā)出適合臨床移植的“人造心臟”，以及能夠契合、修復(fù)有缺陷心臟的“補(bǔ)丁”。

　　2019年《科學(xué)》雜志封面刊登了美國研究團(tuán)隊(duì)成果一個(gè)由水凝膠3D打印而成的肺模型,它具有與人體血管、氣管結(jié)構(gòu)相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),能夠像肺部一樣朝周圍的血管輸送氧氣，完成“呼吸”過程。

　　生物醫(yī)用3D打印的應(yīng)用面臨諸多限制及難點(diǎn)，但生物3D打印的組織器官仍有重要的應(yīng)用價(jià)值，特別在臨床研究階段的藥物開發(fā)和療法測試等方面，可有效地降低研發(fā)成本。

　　現(xiàn)階段醫(yī)用3D打印技術(shù)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展已經(jīng)取得長足的進(jìn)步，由其在器官模型、導(dǎo)板、輔具和植入物等的應(yīng)用日趨成熟。盡管，3D打印組織、器官仍處于結(jié)構(gòu)性階段，但從生物醫(yī)學(xué)臨床需求的角度與生物醫(yī)用3D打印及其材料發(fā)展的角度而言，組織功能性器官的打印將是未來生物醫(yī)用3D打印的發(fā)展趨勢。

　　為進(jìn)一步研究適用于不同醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的高性能材料，推動(dòng)我國醫(yī)用3D打印技術(shù)的大力發(fā)展，我們需在政策引導(dǎo)、市場監(jiān)管以及資金支持等前提下，建立完善的醫(yī)用材料打印制造標(biāo)準(zhǔn)和工藝規(guī)范，加強(qiáng)專業(yè)人才的培養(yǎng)。（作者單位：西安增材制造國家研究院有限公司）