医疗3D打印材料与技术难题亟待解决

【编者按】近年来，随着3D打印技术的迅速发展，3D打印技术已开始应用于临床医疗。

近年来，随着3D打印技术的迅速发展，3D打印技术已开始应用于临床医疗。它能精准地复制出各种人体组织、器官和药物，从膝盖骨到肝脏、从抗癌药到DNA等，业内人士指出，也许有一天人类可以“打印自我”。

王利博制图

“3D打印技术近年来在国内日趋升温。”航星利华（北京）科技有限公司常务副总、技术总监宿红刚接受《中国企业报》记者采访时表示，特别是在医疗领域，3D打印发展很快，未来具有广阔发展空间。同时，宿红刚也指出，同发达国家相比，我国的3D打印医疗应用还有一定差距，在新材料的研发和多学科协同方面还有待突破。

3D打印突破医疗难关

北京大学第三医院今年6月公布，世界首个金属3D打印定制19厘米人造脊椎植入顺利完成。这也标志着中国3D打印技术正式开启人工椎体时代。

而在今年5月，国家食品药品监督管理总局批准注册了我国首个金属3D打印人体植入物——人工椎体。这种产品属于直接植入人体的三类骨科植入物，为我国监管等级最高的医疗器械。

脊椎摔伤的徐元（化名）老人就是3D打印技术用于临床医疗的受益者。由于年龄大，徐元进行传统手术存在极强风险。医生在征求徐元老人同意后，决定采用3D打印脊椎手术导板进行辅助治疗。

首先，通过3D扫描仪设备，对人体进行数据采集，并结合CT扫描数据进行数据匹配定位。通过3D设计软件，设计好下针角度、位置及长度，采用SLA工艺打印导板。最终，医生顺利完成了徐元老人的手术。而提供这项3D技术的就是航星利华（北京）科技有限公司（以下简称航星利华）。

宿红刚对《中国企业报》记者介绍，脊椎微创手术是比较常见的手术，然而如何精确确定下针位置是一个难题。借助于3D打印技术，这一难题获得了解决。上述案例利用3D打印技术辅助手术，精确地确定了下针位置。

“ 我们公司目前生产除了比较常见的是手术导板、辅具之类的应用外，更多的精力是投入骨科类的金属植入物研究和推广。我们和协和医院已经进行了相关理论研究和部分动物试验，也申请了十几项相关专利。”宿红刚说，3D打印定制化药物也在不断的前进中，英国中央兰开夏大学利用3D打印技术研制针对患者需要定制的药物，美国食品与药品管理局(FDA)2015年批准了首个3D打印药物——SPRITAM。可以说，3D打印在医药领域的应用非常广泛。

医疗应用市场巨大

随着时代的发展，人们对健康，保健要求越来越高，以及老龄化人口越来越多，定制化的医疗服务是未来的发展趋势。国家在政策层面也对3D打印不断加码，包括智能制造、航空航天、医疗等领域都在发展3D打印技术。“我们认为3D打印一定会成为未来发展的主力军，是工业4.0不可或缺的基础。”据宿红刚介绍，航星利华于2014年开始进入3D打印行业，选择德国Concept Laser进行合作，包括设备销售和相关技术的研发和推广。

目前航星利华已与中科院、清华大学、北京航空航天大学、中央美院、航空、航天、核工业、协和医院、中车集团等科研院所和企事业单位开展多方位合作，在航空、航天、航海、医疗、交通等领域的3D打印技术方面取得了竞争优势。

据前瞻产业研究院统计，2012年中国3D打印市场规模约为10亿元，2013年翻了一番达到20亿元。但是与美国、德国等发达国家相比，中国的3D打印产业仍处于起步阶段，国内3D打印应用仍主要停留在科研阶段，并未实现在工业及个人消费领域大规模推广。

“国内3D打印技术起步晚，但是自3D概念一出，立即受到了热捧，3D打印技术近年来在国内日趋升温。” 宿红刚预测，未来3D打印机这一产品将会得到迅猛发展，也将会应用到各个领域，同时随着3D打印技术不断更新，呈现出轻盈和大尺寸的多样化选择。

此外，市场研究公司Future Market Insights发布最新市场分析报告称，2016年全球3D打印医疗设备市场预计将达到2.796亿美元，并在未来的10年内将以17.5%的复合年均增长率增长。报告显示，2015年全球3D打印医疗设备市场的估值为2.38亿美元，2016年显著增长有许多因素的影响，包括某些医学病症的增加、个人保健意识的提升、人口老龄化增加等因素。

《3D打印医疗设备市场：2016—2026年全球产业分析及机会评估》称，在2015年，北美3D打印医疗设备市场收入为1.05亿美元，并将持续增长。同样，西欧、东欧以及亚太地区的市场收入份额也有望上升，西欧预计以18.5%的复合年均增长率增长，东欧为15.6%。

技术瓶颈待突破

虽然这些数据令人心潮澎湃，但3D打印技术在医疗方面的应用仍面临挑战。宿红刚指出，目前3D打印技术医疗应用还有如下一些问题亟待突破。

首先，3D打印设备目前成本还相对较高，大部分的产品还垄断在国外品牌手中。不过，宿红刚相信，随着国内厂商和院校的努力，在不久的将来，国产设备终将赶上国外设备或者超越国外设备技术水平。

据了解，目前3D打印的主要技术还是集中在欧美等发达国家手中。虽然中国在3D打印领域的专利数也在不断增加，但离国外技术还有差距。在应用层面，非金属体外3D打印，包括手术模型、导板辅具等，中国和国外应用差距不大。金属植入物在骨科的应用，国内的案例比国外更多更成熟，包括与航星利华合作的协和医院、北医三院、阜外医院等。而生物3D打印领域，国外技术相对先进，美国WFIRM的科学家3D打印出能跳动的心脏细胞，还能借助3D打印机培养人工气管。

其次，3D打印还面临材料单一问题。目前比较多的是钛合金、不锈钢等材料，陶瓷、复合材料、聚合物以及其他金属合金等在3D打印上的使用还不太成熟、普及度不高。

再次，3D打印也面临知识匹配不上的问题，目前很多学科，包括生物、工艺、基因等还没有很好地结合到3D打印上来，比如器官的打印还需要多学科协同配合。

最后，监管方面也需要完善。目前CFDA认证周期较长，相关的技术要求和标准还在不断地完善当中，对3D打印产品的市场化还需要进一步引导和扶持。

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