似乎每隔几个月，就会出现颠覆性技术的新进展。随着这些技术在更大程度上被接受，还有其他领域可进行相关的研究。我们一直关注的领域之一是加成法/半加成法3D制造，其中PCB制造是主要关注点。
然而，另一个创新领域是医疗行业内3D打印制造的装置，替换身体的部件和药物。我们看到3D制造在医疗行业中的显著进展及用途不断增加，比设备结构部件上的3D打印和导电电路（例如，打印在设备壁上有角度的结构上的导体等）更多。3D打印在这个领域有足够的发展空间，医学领域的3D加成制造包括但不限于3D打印电路，目前已发展至有其自己的主题，我们将持续关注并介绍这一主题。
概况
首先，让我们来看看这一细分市场的现状，为未来详细介绍奠定基础，特别是当我们即将进入高科技贸易展览会季节时，将推出新的进展。因为我们正在讨论的3D打印设备将用于人体上或人体内，我们先回顾一下美国食品和药物管理局（FDA）的定义。
图1：3D打印假牙
“3D打印是一种增材制造。有几种类型的增材制造，但术语‘3D打印’和‘增材制造’通常可互换使用。为简单起见，我们将这两个术语简称为3D打印。3D打印是通过构建连续的原材料层来创建三维物体的过程。每个新层都附加到前一层上，直到完成物体的构建。物体由数字3D文件生成，例如计算机辅助设计（CAD）绘图或磁共振图像（MRI）。3D打印的灵活性允许设计人员轻松更改设计，而无需设置其他设备或工具。它还使制造商能够创建与患者解剖结构（患者特定设备）或内部结构非常复杂的设备相匹配的设备。这些功能引发了人们对医疗设备和其他产品（包括食品、家居用品和汽车零件）3D打印的巨大兴趣。”
正如那些关注颠覆性技术的人所知，3D增材制造技术已经改变了许多行业领域，其中包括医疗和牙科行业的重大变化。多年来，3D打印已被用于制造假牙和其他口腔植入物，而且证明在其他领域也大有用途（见图3）。 例如，我最近选择用植入物代替牙齿。过去，口腔外科医生必须从不同角度拍摄大量X射线图像，将它们组合起来，并用它们来测量和制定植入物制造商的规格。这次，我只需要做一个360°的3D图像，外科医生就能够以CAD所需的精确尺寸和形状设计完美的植入物。整个过程只用了15分钟。 毫无疑问，快速、高质量的3D扫描已经取代了X射线，成为这么多医学领域收集必要数据的首选方法。
除牙科设备外，3D打印还被用于制造全新一代的先进医疗植入物，可根据患者个体进行定制。 它也开始在许多领域中普遍使用，例如手术计划和患者咨询。 此外，正如我们在最近几个消费电子展（CES）中所看到的，3D打印制造技术正在彻底改变假肢和辅助设备领域。 3D打印制造现在可以根据具体情况提供价格合理且高度定制和优化的假肢，以满足个性化需求（图2）。
图2：3D打印假肢
根据总部位于伦敦的工业研究公司Future Market Insights的一份新市场报告，3D打印医疗设备市场的意外增长可能在未来一段时间内会成为固定趋势。报告指出，全世界的医疗界正在采用3D打印技术，并以一致和快速的速度使用3D打印装置。报告还说，该技术正在显著提高患者的护理质量，并能够减少大多数外科应用的平均手术时间。
这个新行业使患者受益，还为医生和医院提供了很大的改进，降低从医者的劳动强度。总的来说，3D打印可以降低成本。现在，人们可以买得起并使用大大改进的装置，例如我的牙齿植入物， 而不是像我父母那一代不得不忍受假牙。
大多数3D打印机都可以做到这一切，但专门针对特定行业的打印机似乎在它们的专用领域做得更好。这是一个古老的故事——万能的，一定不是精准的。例如，用于牙科功能的Miicraft打印机和用于印刷电路和电子产品的Nano Dimension打印机都是其细分市场的行业领导者。他们是为其特定应用领域而专门设计的，并成功优化了他们的设备，以满足他们特定的目标应用（图3和图4）
图3：制作牙齿的打印机（来源：Miicraft）
图4：3D打印的多层电路板（来源：Nano Dimension）
应用
3D打印的发展正在加速，未来几年将有更多的可能，但现在可以做些什么呢？根据3D打印行业和FDA目前的发展，下面简要介绍3D打印的一些实例和及目前的用途。
血管组织
哈佛大学的研究人员在生物打印血管方面取得了很大的进展，这是向打印血液供应组织迈出的关键一步。Jennifer Lewis博士的实验室设计了一种定制的3D打印机和溶解墨水，以创建一个包含皮肤细胞的组织样本，这些细胞与能作为血管的结构材料交织在一起。
低成本假肢部件
制作传统假肢非常耗时，并具有破坏性，因为假肢的任何修改都会破坏原来的模具。此外，传统假肢的成本也是一个障碍。多伦多大学的研究人员与Autodesk Research及加拿大CBM公司合作，使用3D打印技术快速生产出了廉价且易于定制的假肢底座和假肢，可满足多种病人需求（图5）。
图5：3D假肢和医疗装置
医疗设备
3D打印制造医疗器械成为关键焦点。现在已能够3D打印由石英玻璃制成的装置。制作非常难成型的装置，例如一些光学透镜，现在可以更精确和更低的成本制造。设备越简单，如手指夹板，现在很容易制造，因为它们可以在本地进行3D打印。如果你有打印机，可以下载文件，那么复杂曲线和形状即可完成，而且几乎是无限制度的。
药物
我发现了一个由格拉斯哥大学化学家Lee Cronin制作的TED谈话视频，他在视频中介绍了能够3D打印定制药物的打印机（图6）。在这段视频中，他描述了一种能够在分子水平级组合化学化合物的3D打印机样品。他说样品打印机将使用他描述的软件在打印机中制造药物分子。患者会拿着他们的数字处方去网上药店，购买所需的模型和化学墨水，然后根据需要在家中打印药物。克罗宁建议在未来我们可能不用出售药品，而是模型或应用。当然，可能存在控制问题，但绝不可能有一切就绪的时候，但正如我经常说的，我们生活在这样一个时代，只要能想象得到，我们终将能够做到。这个方向已经取得了一定的进展。路易斯安那技术大学的研究人员已经打印出了可与生物相容、可生物降解的用于输送骨癌药物的装置。
图6：3D打印的药丸（来源：Aprecia Pharma）
针对病人个性化定制石膏
大多数人在生活中的某个时候都打过石膏，所以你可以想象拥有一个定制的、适合你的石膏的好处。
骨和颅骨置换术
华盛顿州立大学的Susmita Bose教授修改了一台3D打印机，将化学药品黏结在陶瓷粉末上，形成了复杂的陶瓷支架。荷兰的外科医生用了不到一天的时间就完成了世界上第一例采用3D打印的替换头骨（图7）的完整颅骨移植手术。
图7：颅骨移植
这项技术通过为植入材料开发一种对人体友好的磷酸钙基涂层，可帮助髋关节和膝关节置换物持续更长时间。一旦植入体内，涂层植入物预计将能持续更长的时间，使骨水泥植入物的寿命增加一倍。在许多情况下，由于脑肿胀，外科医生需要进行部分颅骨切除，随后在病人康复后再植骨或更换颅骨部分。医生过去常常在手术室用模制化合物手工制作植入物，但是这些植入物并不总是很合适。现在，他们可以使用3D打印来确保这些部件吻合准确。与传统方法相比，患者的脑功能往往更好（图8）。
图8：3D打印的臀部
此外，目前正在研究3D打印人体内部器官或骨头以及耳朵置换的组合，将其与3D打印电路、电子传感器、助听器等相结合。这将使置换器官比原始器官的功能更强（见图9）。
图9：3D打印的耳朵
结论
在我们所看到的所有颠覆性技术领域中，医学治疗中使用的3D打印可能对人类具有最深远的意义。量身定制的传感器、心脏瓣膜、耳朵替换物、合成皮肤，甚至一些体内器官现在都在使用3D打印或正在测试中。3D打印是最具颠覆性的技术之一，它将通过以前无法做到的事情来改变医学治疗和医疗保健，它可以更快地完成制造，并使护理更加经济实惠、更易使用、更加个性化。3D打印机将更复杂，生物材料必须经过安全监管验证方可使用。
Dan Feinberg：Fein-Line协会的创始人和总裁，兼任 I-Connect007 的技术编辑。
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