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【突破】福音：仿生血管可通過3D列印技術製造

2021/12/25

yidianzixun

說到列印很多人首先想到的是這樣的，

那如果是3D列印呢？

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3D列印是什麼？

3D列印是以數字模型為基礎，運用粉末或液體可粘合材料，通過逐層固化成型的方式來構建具有複雜結構的物體。

3D印表機多用於工業、製造業等領域，比如：

45天成功列印一套別墅

北京通州利用巨型3D「印表機」用時45天成功列印出一棟兩層別墅。別墅牆體和樓層板符合建築行業要求，牆體厚度抗震級別達到8級以上。造房精確度也從傳統的厘米級提高到毫米級。

45小時成功列印斯特拉提轎車

2014年美國芝加哥國際製造技術展覽上，一台超大型3D印表機成功列印出一輛車身部件總數只有40個的斯特拉提轎車。

醫療科技的不斷突破和改進，讓越來越多的疾病被治癒，使得人類的壽命以不同形勢延長，最近，美國加州大學一個以教授陳少晨為首的納米工程研究團隊解決了生物組織工程中最大的挑戰：利用3D列印技術快速製造出了仿生血管網路，這種血管網路可以為組織和器官供血，甚至可用於輸送營養物質、代謝產物和其它生物材料，為器官安全植入體內打下重要基礎。

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血管對人體來說意味著什麼？

人體的血管如同地球上縱橫交錯的河流，分佈在我們身體內的每個角落。現代醫學證明，人體內有250萬億根血管，自然長度約為15萬公里，幾乎可以把地球捆綁四圈。血管和心臟一起組成了人體內連續的封閉式輸送管道，這樣管道在體內四通八達，可將血液輸送到全身。

重大事故受傷、大面積燒傷或腫瘤切除的病人經常需要對創麵皮膚進行再造，目前的醫療技術只能對皮膚表層厚度（真皮和表皮）不超過200微米進行人工再造，而對包括皮下組織的幾毫米厚完整皮膚系統還不能進行再造，因為涉及到血管組織，沒有血管的養分供應，超過200微米的人造皮膚就沒法存活。

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多分支血管和兼容性是仿生血管最關鍵

在幾年前，3D列印技術就已經被運用到人造血管上，可是由於生產時間長、成本過高，最關鍵的是，只能生產單一血管這樣的簡單的生物結構，這些列印的血管還不能與人體自身的血管系統兼容，所以並沒有被大範圍的應用。

作為加州大學聖地亞哥分校納米生物材料和組織工程實驗室主任，陳教授帶領研究小組開發出了一種創新的生物列印技術，利用自製的3D印表機，快速生成複雜的三維微觀組織，可模擬生物組織的複雜的設計和功能。陳少晨教授實驗室過去已經利用這種技術列印出肝組織，在體內可以檢測和清除毒素。

研究小組使用醫學影像技術創建了一個與動物體內血管網類似的三維生物結構數字模型，然後利用計算機將其分解成數以百萬計的二維薄層。利用計算機控制紫外光照射到含有活細胞和光敏聚合物的溶液中，使聚合物固化，活細胞則附著在聚合物周圍，形成一層含有活細胞的二維聚合物層。通過連續掃描的形式，二維聚合物層逐層累積，逐漸形成三維固體聚合物材料封裝活細胞結構，最終發展成生物組織。

更有實質性意義的是，這種技術的列印時間僅需幾分鐘，且原材料價格低廉，與以往至少需要幾小時的列印技術對比，無疑是一個巨大的進步。基於陳教授團隊研發的生物3D列印技術，研究人員印製出了一個含有血管內壁內皮細胞的血管結構，這個結構尺寸為4毫米×5毫米×0.6毫米。研究人員將該結構在體外培養了一天，然後將產生的組織移植到小鼠皮膚傷口。兩周后，研究人員檢查了植入物，發現這些植入物已經成功地與小鼠自身的血管網路形成一體，使血液正常循環。

美中不足的是，這種列印出來的血管暫時不具備天然血管交換輸送營養物質及廢物的功能，不過我相信這在不久的將來是會被解決的。