生物三維打印技術的研究現狀及發展趨勢
科技專論
作者：周長春 王科峰 謝鵬飛 肖占文
【摘要】2012年英國《經濟學人》雜誌將三維打印譽為“第三次工業革命的重要標誌之一”。3D打印正在引發全球製造業革命性變革，它與生物技術結合形成了一個重要的分支—生物三維打印。生物三維打印是3D打印技術研究的最前沿領域，也是3D打印技術中最具活力和發展前景的方向，本文綜述了生物三維打印技術的研究現狀及發展趨勢。
【關鍵詞】生物3D打印；生物醫學工程；研究現狀；發展趨勢
1.前言
三維打印（Three Dimension Printing，3DP）正在國內外掀起新一輪研究熱潮，引發全球製造業產生革命性變革。2012年英國《經濟學人》雜誌譽其為“第三次工業革命的重要標誌之一”，並稱其為“製造業未來的趨勢”。美國《時代》周刊近期將3D打印列為“美國十大增長最快的工業”。2013年，美國總統奧巴馬在新任期內的首份國情谘文指出美國在新一輪的科研發展中需要大力發展3D打印技術，覺得“3D打印有潛力去改變現有製造事物的方式”。2013年7月習近平主席在考察東湖高新區時指出：“這個技術（3DP）很重要，要抓緊產業化”[1,2]。
生物三維打印（Bio-3DP）是三維打印技術的一個分支，它是在三維打印技術在生物醫學領域中的交叉應用。生物三維打印是以生物材料或活細胞進行三維打印，以構建複雜生物三維結構，如個性化植入體、可再生人工骨、體外細胞三維結構體、人工器官等。它是目前3D打印技術研究的最前沿領域，也是3D打印技術中最具活力和發展前景的方向[3]。
2000年在德國Freiburg大學召開了“快速成型技術在生物醫學的應用研討會”，會上首次探討了以3D打印技術為基礎的組織工程支架和器官打印技術的發展。此後，以組織器官修複與重建為目的，國際上開發了各種生物3D打印技術。包括用於組織工程支架構建的熔融擠出技術；基於噴墨技術的細胞打印；細胞和細菌的激光直寫；細胞和細菌的微接觸印刷等。
2.生物三維打印技術引發新一輪研究熱潮
被譽為“第三次工業革命的重要標誌之一”的3D打印，正在迅速發展成為生物醫學工程中的一項熱門研究技術，其相關研究已在國內外掀起新一輪研究熱潮。目前國內各級部委，科研院所、企業、醫院、投融資機構等已充分意識和重視到該技術的重要意義和誘人前景。
2013年8月22日，在北京市科委的支持下，北京新材料發展中心組織召開了“北京生物三維打印前沿技術研討暨成果對接會”。清華大學、北京工業大學、北醫三院、等30餘家科研院所、企業、醫院、投融資機構參加了此次研討。與會專家就生物三維製造技術現狀、發展及前景展望做了專題報告，並認為我國在生物醫學領域的長足發展，及製造領域的傳統優勢資源與生物三維打印技術結合，具有發展生物三維打印技術及相關產業的優勢。
2014年1月17日，由中國生物材料學會主辦、清華大學承辦的“生物三維打印高層論壇”在清華大學紫光國際交流中心成功召開。國家科技部社會發展司、國家工信部裝備司、國家食品藥品監督管理總局相關領導、兩院院士（5位）、以及國內多所知名高校、科研機構學者、專家和企業界人士近80人參加了此次論壇。專家們一致認為生物三維打印將成為支撐第三次產業革命中生物材料與產業發展的關鍵技術，生物三維打印技術的興起和發展必將為我國的生物醫學工程及相關產業鏈發展帶了新一輪的增長點和機遇！
生物三維打印技術的巨大潛力，同時引起了歐美等發達國家的重視。歐盟委員會在《製造業的未來：2015～2020戰略報告》中提出將重點發展生物材料、仿生材料和人工假體製造技術，並將生物技術列為支撐製造業未來發展的四大學科之一。
美國在《2020年製造技術的挑戰》中將生物製造列為11個主要發展方向之一。當前，由美國國家科學基金會（NSF）和美國國家健康研究院（NIH）已經聯合啟動開展了與生物三維打印有關的5項重點科研計劃。2009年由美國國家科學基金會和美國南卡羅來納州（South Carolina State）總投資四千萬美元共同資助的南卡羅來納州器官生物製造研究計劃。
3.生物3D打印技術的應用及發展趨勢