近年来，3D打印持续受到全球媒体和社会公众的关注。作为一项前沿制造技术，3D生物打印正逐渐应用于生物医疗领域。人们在惊叹于这一技术的神奇的同时，也寄希望于它给人类生物医疗的发展带来更加光明的前景。

3D生物打印成为3D打印的前沿领域

3D 生物打印即以计算机三维模型为基础, 通过软件分层离散和数控成型的方法,定位装配生物材料或活细胞, 制造医疗辅具、人工植入支架、组织器官等生物医学产品的3D 打印技术, 3D 生物打印是目前3D 打印技术研究最前沿的领域。LuxResearch 预测, 随着3D 扫描技术、打印机和材料价格下降, 3D 生物打印会被医疗行业迅速采用。这一市场在2012 年仅价值1100 万美元并仍处于萌芽期, 预计2025年将增长到19 亿美元。3D 生物打印发展空间巨大源于三方面的原因: 一是全球医疗领域的开支巨大, 为3D 打印技术提供了潜在的发展空间; 二是3D 打印技术因其快捷、准确, 加之其个性化制造能力与患者需求差异性的充分结合, 在人工假体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应; 三是相对其他领域来说, 3D 打印在医疗行业的应用更具有经济性(图1)。

对于3D 生物打印技术, 欧美国家依旧是走在前列, 已有大量的学术机构、企业参与进来, 获得了丰硕的成果, 并且3D 打印在临床上也有成功的案例。美国圣地亚哥的一家名为Organovo 的公司, 是使用3D 打印技术应用于再生医学的先驱者。该公司使用名为“生物打印机” 的3D 打印机, 为医学研究和再生治疗打印功能性人体组织。从应用领域来看, 3D 打印在医学界的最直接应用是构建各式各样器官或组织的3D 模型。2013 年4 月26 日, Organovo 公司已经利用这一技术打印出深度为0． 5 毫米、宽度为4 毫米的微型肝脏, 使人造器官有了新的可能性, 将解决移植器官不足的全球性难题。除器官外, 3D 生物打印的产品还包括假肢、牙冠、隐形眼镜、助听器、组织工程支架和植入物, 以及3D 细胞打印。

图1　3D 生物打印的市场需求

数据来源: Lux Research, 2013, 《2025 年3D 打印市场发展形势预测分析》

中国3D 生物打印尚处培育阶段

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。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。

1． 中国3D 打印进步显著

中国3D 打印技术及设备开发已取得较大进展。我国3D 打印技术, 过去称为快速成型技术的研究始于1991 年。近几年来, 我国3D 打印技术飞速发展, 已研制出与国外立体光固化成型(SLA)、分层实体制造(LOM)、选择性激光烧结(SLS)、熔积成型(FDM) 等工艺方法相似的设备, 并逐步实现了商品化, 其性能达到了国际水平。我国3D 打印技术应用初见成效。目前, 我国3D 打印技术主要应用于产品设计、快速模具制造、铸造、医学等领域。

2． 政策引导促进3D 打印产业化

对于正处于培育推广阶段的中国3D 产业而言, 政府的重视与政策扶持显得尤为重要。目前国内已有多省市成立了地方3D 打印产业联盟, 并在相关政策中提及要重点发展3D 产业。2014 年6 月, 《国家增材制造发展推进计划(2014—2020 年) 》(征求意见稿) ( “增材制造” 俗称“3D 打印” ) 已初步制订完成, 年内将会出台。该推进计划对3D 打印的发展目标、政策保障及未来发展方向做出了明确阐述, 为我国3D 产业的发展明确了方向, 政策引导有望加速3D 技术的产业化进程。

3． 中国3D 生物打印的机遇与挑战

中国作为全球制造业大国, 如何加快掌握3D 打印技术以提升制造业竞争力, 当前所面临的机遇与挑战并存。

(1) 机遇

政策支持力度将不断加大。“十二五” 时期是我国转变经济发展方式、促进工业转型升级、实现“信息化与工业化深度融合” 的关键时期, 智能制造装备是国家重点支持发展的战略性新兴产业。3D 打印技术作为制造史上的巨大突破, 对促进工业转型升级、实现“两化深度融合” 具有重要意义; 3D 打印设备则是智能制造装备的重要组成部分。因此, 国家对3D 打印产业的政策支持力度必将不断加大。

亚洲制造业协会推动组建产业联盟, 中国3D 打印技术迎来新一轮发展契机。亚洲制造业协会首先在国内推动3D 打印技术的发展。在国家工信部的大力支持下,2012 年10 月15 日协会联合北京航空航天大学、华中科技大学、武汉滨湖机电、华曙高科、南京紫金立德等国内主要科研机构及领先企业在北京发起建立中国3D 打印技术产业联盟。利用亚洲制造业协会的会员网络、政府资源和企业交流平台, 中国3D 打印技术产业联盟未来将在搭建国内外3D 打印技术科研机构和企业交流平台, 加强与国家工信部、科技部等部委的对接, 推动3D 打印技术上升为国家战略,促进中国3D 打印技术及应用产业的发展等方面发挥巨大作用。在产业联盟的推动作用下, 中国3D 打印技术无疑将迎来新一轮发展契机。

(2) 挑战

总的说来, 与发达国家相比, 我国3D 打印技术的研究和应用尚存在一定的差距,主要表现在以下几方面。

3D 打印技术本身发展不够成熟。该领域研究队伍比较薄弱, 资金投入有限, 设备尚未完全达到商品化, 成型材料急需国产化, 与3D 打印技术配套的后续技术尚不完备。

3D 打印技术未能有效地在企业中得到应用。企业界对3D 打印技术重要性认识不足, 缺乏企业的有力支持, 目前投入的研发资金几乎都是由国家承担, 企业没有发挥其主导作用。对于已引进3D 打印技术设备的企业, 也未能充分发挥其作用。由于目前的3D 打印技术设备价格太昂贵, 因此广大中小型企业很少能得到3D打印技术服务。

没有建立发展3D 打印技术的统一协调管理体系。目前存在相当多的“低水平重复” 现象, 使得有限的投入未能发挥更好的作用。尤其是在学、产、研结合方面力度不够, 影响科研成果的商品化, 直至产业化。

本文由赵静荣摘编自科学技术部社会发展科技司、中国生物技术发展中心编著《2014中国生物技术与产业发展报告》。

《2014中国生物技术与产业发展报告》介绍了2013年我国生命科学基础研究、生物技术应用开发与产业发展的主要进展情况，阐述了干细胞与再生医学、神经科学、合成生物学等前沿热点学科的国际发展态势，对2013年的生命科学论文和生物技术专利情况进行了统计分析。《2014中国生物技术与产业发展报告》分为总论、基础研究、热点前沿、应用研究、生物产业、产业前瞻、投融资、文献专利8个章节，以详实的数据、丰富的图表和充实的内容，全面展示了我国生物技术与产业发展的基本情况。

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转载本文务请在文前明显位置注明：本文转载自由科学出版社出版，科学技术部社会发展科技司、中国生物技术发展中心编著《2014中国生物技术与产业发展报告》一书。