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生物3D打印步入应用期:加速融入产业,助力智能制造

来源:经济日报 作者: 2017-2-7

摘要: 2016年11月25日,西安交通大学先进外科技术与工程研究所研发人员史爱华操作设备打印可降解磁吻合环。当日,西安交通大学先进外科技术与工程研究所发布其自主研发的3D打印可降解磁吻合环。3D打印可降解磁吻合环技术特点是无须加工模具、成本低、制作速度快,将主要用于临床开展磁压榨胆道疏通等创新外科手术。 新华社记者......



2016年11月25日,西安交通大学先进外科技术与工程研究所研发人员史爱华操作设备打印可降解磁吻合环。当日,西安交通大学先进外科技术与工程研究所发布其自主研发的3D打印可降解磁吻合环。3D打印可降解磁吻合环技术特点是无须加工模具、成本低、制作速度快,将主要用于临床开展磁压榨胆道疏通等创新外科手术。 新华社记者 李一博摄

3D打印技术被业界称为推动21世纪医疗个性化、精准化、微创化和远程化发展的重要技术支撑。我国生物3D打印呈现良好发展态势,已在医疗模型、个性化医疗植入物、仿生组织修复、手术器械、药物试验等医疗领域获得初步应用,未来或可用来制造活体组织和器官。

发改委日前发布的《“十三五”生物产业发展规划》提出,要推动3D打印技术在植入新产品中的应用。工信部赛迪研究院装备工业研究所所长左世全接受《经济日报》记者采访时表示,我国生物3D打印呈现良好发展态势,已在医疗模型、个性化医疗植入物、仿生组织修复、手术器械、药物试验等医疗领域获得初步应用,未来或可用来制造活体组织和器官。

“这说明3D打印技术已上升到国家发展战略的新高度,成为实现智能制造的重要抓手,需要大力发展。同时,技术的发展只有融入实体产业才能快速落地,和其他技术实行复合才有可发展的市场空间。”赛迪顾问分析师马睿文告诉《经济日报》记者。

生物产业新动能

3D打印,也称增材制造。从理念上有别于传统的生产制造,无需原坯和模具,就能直接根据计算机图形数据,通过增加材料的方法生成任何形状的物体,简化产品的制造程序,缩短产品的研制周期,提高效率并降低成本。

据介绍,2015年我国3D打印产业规模为80亿元,同比增长70%。随着3D打印设备成本下降和配套服务完善,3D打印市场的应用领域将会不断拓宽,未来几年中国3D打印市场规模增速将高于全球水平。

3D打印技术在植入新产品中的应用,通常称为生物3D打印,由于在医疗领域具有很好的发展前景,3D打印技术被业界称为推动21世纪医疗个性化、精准化、微创化和远程化发展的重要技术支撑。

“我国生物3D打印已经取得了一批基础理论和技术研究成果,部分成果世界领先。”左世全介绍说,比如清华大学利用其研发的细胞3D打印技术,在世界上首次构建出体外三维肿瘤模型。广州迈普、时代天使等产业化应用企业开始出现,医用增材制造产品的临床应用不断增加。广州迈普应用增材制造技术开发的硬脑膜产品——“睿膜”已获得美国FDA及国家食品药品监督管理总局的批准,在英国剑桥大学附属医院和我国的301医院、协和医院进行了上万次临床应用。

马睿文认为,生物产业作为先进产业、绿色产业的代表,3D打印技术要选择合理的发展方向,在高、精、尖领域取得突破,成为助力生物产业发展的新动能。同时,3D打印技术要面向产业链的下游环节,贴近市场、贴近需求,这也体现了当前供给侧结构性改革以面向需求为前提的指导方针。

规模应用有待突破

2016年6月份,北京大学第三医院成功为一名骨科脊索瘤患者切除五节段脊椎肿瘤,并利用世界首个3D打印多节段胸腰椎植入物完成长达19厘米大跨度椎体重建手术,标志着我国3D打印技术正式开启人工椎体时代。

据马睿文介绍,在医疗领域,3D打印技术目前已广泛应用于骨外科、神经外科、整形外科、高端医疗器械零部件等领域中,但在组织工程学应用方面仍面临许多技术难题。如在组织器官3D打印中的材料、细胞及生长因子精准配比技术及生物制造平台技术等。

“生物3D打印技术在医疗领域的创新应用虽然具有很好发展前景,但目前成本仍比较高,速度、精度、产品耐用性尚需不断提升,大规模应用还需要技术进一步创新和成熟。”左世全说,我国生物3D打印技术总体上还处于临床试验阶段,创新能力还需进一步提高,医疗临床应用还较少,产品注册、市场准入等政策法规需要加快建立完善。

马睿文表示,目前,3D打印技术在外科植入方面应用仍是修复、整形、修补、充填,骨骼打印不具有原有器官功能的替代作用。打印材料的局限性限制了3D技术的发展,如何解决打印材料的生物相容性成为3D打印技术植入新产品应用,特别是生物领域应用的关键问题。

左世全建议,还需在天然医用材料、人工合成高分子材料、生物活性陶瓷材料和医用金属材料等一批医用增材制造专用材料方面取得突破。同时,重点研制一批具有自主知识产权的仿生组织修复支架增材制造装备、医疗个性化增材制造装备和细胞活性材料增材制造装备。

助力“中国智造”

3D打印技术契合工业4.0制造智能化、资源效率化和产品人性化的理念,因此成为国内外发展重点。“这场制造技术的革命,体现了信息技术与先进材料技术、数字制造技术的密切结合,是先进制造业的重要组成部分,是我国制造业升级发展的重要方向。”左世全说。

3D打印技术在消费电子业、航空业、汽车制造业、生物医学以及个性化消费品等领域的商业化应用,将大大提高制造业的生产效率、生产精度,同时起到节材节能的良好效果。马睿文表示,3D打印技术是完全具备软性制造和个性化定制双重优势的专用技术,代表了中国制造生产力的革命和生产工具的革新,作为“中国制造2025”实现“智能生产”“智能工厂”和“智能物流”三大核心主题的关键技术,集合大规模生产和手工生产的特点,实现高效率、低成本的生产方式,代表着未来智能制造方向。

我国3D打印产业正处于导入后期到成长初期的过渡阶段。一批科研机构在早期就跟踪3D打印技术,而且部分技术达到了世界先进水平。其中,激光直接加工金属技术已基本满足特种零部件的机械性能要求,将优先应用于航天、航空装备制造;生物细胞3D打印技术已可以制造立体的模拟生物组织,可为我国生物、医学领域尖端科学研究提供关键技术支撑。

马睿文说,目前我国能够成熟应用的3D打印材料种类有限,急需加强3D打印特种材料、复合材料和高性能材料的工艺研发能力。3D打印设备的生产效率、制造精度以及针对具体加工材料和特定产品需求的产品加工能力也尚存不足,需要重点提升其核心竞争力。此外,国内企业在特种打印材料、高精度打印材料及高精度打印设备等产业链环节与国外先进水平还存在一定的差距。

“由于应用场景对产品需求的特殊性,3D打印技术必须根据实际需求对材料和加工工艺加以匹配。因此,主要企业经营模式多采取‘一条龙’策略,即业务涵盖产业链各个环节,产业分工尚未形成。这些问题亟待解决。”马睿文说。


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