近年來隨著3D打印技術(shù)的興起，會在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，該技術(shù)已應(yīng)用于珠寶，工業(yè)設(shè)計，鞋子，航空航天，汽車，工程，建筑，牙科和醫(yī)療行業(yè)和其他領(lǐng)域等多達(dá)數(shù)百種之多。

特別是生物制造和醫(yī)學(xué)研究之類的多用途研究意義更大

那什么是3D打印技術(shù)？，廣泛的定義是使用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)復(fù)制增材的材料制造技術(shù)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一般是指可以復(fù)制細(xì)胞復(fù)雜機(jī)制的技術(shù)，不同于爭議倫理的克隆技術(shù)，3D打印技術(shù)使人們在生活中改變的潛力是不可預(yù)計的，對于學(xué)歷不高缺少器官、在醫(yī)院中缺乏器官和細(xì)胞移植卻等待資深醫(yī)生報告單傳來這輩子只能這樣的人來說，這種技術(shù)是只能意會，不可言傳的

復(fù)雜的糖印刷有助于建立血管

科學(xué)家們準(zhǔn)備了選擇性激光燒結(jié)系統(tǒng)，以從糖粉混合物中打印血管模板。模板使生物工程師能夠制造出實驗室生長的組織，該組織具有足夠的血流來維持密集堆積的細(xì)胞。

可以使用異麥芽糖醇3D打印復(fù)雜的血管網(wǎng)絡(luò)，異麥芽糖醇通常用于制造糖果和裝飾性食用雕塑的糖替代品。此類工作將為3D打印個性化器官開辟道路，減少人體器官移植的短缺。

據(jù)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計每年成千上萬的患者只是在等待供體器官出現(xiàn)而死亡。這些關(guān)鍵的醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)每天激勵著我們將工程原理應(yīng)用于生物學(xué)，以構(gòu)建能夠解決面臨這一挑戰(zhàn)的組織和器官。

生物制造領(lǐng)域雖然還處于起步階段，但正在迅速的發(fā)展是我們十年前無法想象的。

研究人員希望開發(fā)能夠維持工程組織和器官的復(fù)雜血管系統(tǒng)，事實證明這是一個非常復(fù)雜的問題。

3D打印組織面臨的生命線強(qiáng)度

血管的作用看似簡單將氧氣和營養(yǎng)輸送到組織并帶走一些廢物。但血管是錯綜復(fù)雜的復(fù)雜分支網(wǎng)絡(luò)，甚至?xí)憫?yīng)某些生物信號生長，這是研究人員在3D打印起作用的組織時必須考慮的所有問題。

常規(guī)的3D打印方法不適用于復(fù)制這些脆弱的血管網(wǎng)。以擠壓3D打印為例，其中通過熔化流經(jīng)噴嘴的材料束形成結(jié)構(gòu)。

用這種方法創(chuàng)建的血管會在自重作用下導(dǎo)致變形或塌陷，除非有更多的3D打印材料支持。因此可以通過擠出印刷制成的容器網(wǎng)絡(luò)受到限制。

如果這還不夠，那么3D打印的血管還需要保持工程組織的生命。

任何3D打印的組織都必須充滿活細(xì)胞才能正常運(yùn)作，血管需要將氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)輸送到工程組織最遠(yuǎn)的地方。

由于擠壓3D打印不能輕易創(chuàng)建密集的血管網(wǎng)絡(luò)，因此此任務(wù)也很困難。

此類工程挑戰(zhàn)要求研究人員重新思考3D打印組織和血管的方式。

加了糖的印刷技術(shù)可以在短短五分鐘之內(nèi)生成血管組織

研究人員意識到，他們可以應(yīng)用已經(jīng)廣泛用于聚合物和金屬的3D打印技術(shù)來構(gòu)建克服這些限制的3D打印血管。該技術(shù)稱為選擇性激光燒結(jié)，它使用聚焦激光將細(xì)小的粉末顆粒熔化并融合成預(yù)定的形狀。

他們發(fā)現(xiàn)這些粉狀谷物可能是糖，經(jīng)過大量測試后，他們使用異麥芽酮糖醇混合物3D打印了具有寬大分支和無支撐懸突的糖模板。該團(tuán)隊與神經(jīng)系統(tǒng)設(shè)計工作室合作創(chuàng)建了血管網(wǎng)絡(luò)形狀設(shè)計。

如圖使用糖粉特殊混合物3D打印的血管模板樣本。

接下來，他們用注入細(xì)胞的凝膠填充3D打印的糖模板周圍的空間，從而創(chuàng)建了一個組織。當(dāng)注入細(xì)胞的凝膠固化后，研究人員用水溶解了模板并沖洗掉了模板，留下了空的通道，這些通道可以為細(xì)胞輸送氧氣和營養(yǎng)。

與傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)要花費(fèi)數(shù)小時或數(shù)天相比，使用這種方法只需五分鐘即可生成血管組織。這使研究人員有時間將含有氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的液體通過血管，并更多地了解細(xì)胞在這些血管中的功能。

經(jīng)過激光焊接的糖通道使細(xì)胞保持活力

3D打印血管技術(shù)的主要重點(diǎn)是根據(jù)細(xì)胞相對于3D打印的血管網(wǎng)絡(luò)位置的構(gòu)建和細(xì)胞功能的空間'圖'，以量化特定血管設(shè)計的有效性或效率，并更好地復(fù)制我們在血管中看到的內(nèi)容。

3D打印技術(shù)使他們能夠控制工程組織環(huán)境，包括組織組成，細(xì)胞類型和血流，以更好地了解細(xì)胞如何隨時間保持功能。另外3D打印血管是可以使那些大而致密的工程肝臟組織在體外存活至少一周的時間。

那么技術(shù)的下一步是什么

為了使這項技術(shù)成為現(xiàn)實，研究人員經(jīng)歷了克服許多硬件和軟件工程的壯舉。

糖材料提出了主要的制造挑戰(zhàn)，并需要創(chuàng)造性的解決方案，例如開發(fā)一種新型的粉末分配器和激光控制系統(tǒng)。

目前研究人員正在研究一種高精度的激光控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將幫助他們3D打印甚至更小的血管（它們目前可以打印約300微米大小的血管），從而使血管到達(dá)每個工程組織并保持細(xì)胞存活。

從生物學(xué)的角度來看，還有很多東西要學(xué)習(xí)，包括各種類型的細(xì)胞如何對用這種方法改造的環(huán)境做出反應(yīng)。

隨著生物學(xué)研究及其3D打印技術(shù)的進(jìn)步，研究人員希望擴(kuò)展工程組織的尺寸和壽命，并更廣泛地應(yīng)用該技術(shù)。3D打印技術(shù)也可能對創(chuàng)建醫(yī)學(xué)成像測試設(shè)備（例如組織體模）有用。

科學(xué)研究就是從客觀世界中發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)出來的規(guī)律和現(xiàn)象，然后去研究出事物的本質(zhì)，科學(xué)本身是遵循自洽性的

當(dāng)然了醫(yī)學(xué)的長遠(yuǎn)目標(biāo)不只是消除供體器官短缺，并用完全與每個患者都完全匹配的新制造的器官來替換受損的器官，而是為我們?nèi)祟惖陌l(fā)展起到自洽自束，我們希望以后更多的醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究都能夠為人類患者提供偉大的貢獻(xiàn)而不只是為了那些自身的金錢利益。