有专家认为，在未来⼏⼗年⾥，如果有什么东西可以杀掉上千万⼈，那更可能是个有⾼度传染性的病毒，⽽不是战争；不是导弹，⽽是微⽣物[1]。在当前新冠肺炎爆发之际，更突显了公共卫⽣安全必须具有超前性，更希望⼈类能够⾏动起来，投⼊研发和系统应对体系，来应对现在和未来的突发传染病。 作为3D打印⾏业的⼀员，我们需要思考的是，⾯对⾼度传染性病毒，3D打印能做什么贡献？
⼤家知道，传统制造是量越⼤，每件制造成本越低，零件越复杂，每件制造成本越⾼。⽽3D打印⽆论批量⼤⼩、复杂程度如何，每件制造成本基本恒定。这就表明了3D打印的应⽤优势有两个⼤的⽅⾯：⼀是⼩批量多品种快速制造/定制，另⼀个是制造复杂部件。从市场来看，就如计算机刚开始主要⽤于⼯业控制⼀样，3D打印初始也是⽤于⼯业的，成为⼯程师、设计师等专业⼈⼠的模型设计⼯具；接下来就开始进⼊教育市场，从培养3D打印的使⽤到设计、创造，最终培养出⼀批具有增材思维和创造⼒的⼈才。随着3D打印技术和理念的普及和易⽤性的提升，它将进⼊⼴阔的规模化⼯业领域和⼴⼤家庭。 在爆发疫情等特殊时期，对于护⽬镜、⼝罩、测温仪等必备的防护⽤具及医疗保障物资的制造，就可以发挥3D打印⼩批量、分布式、快速制造的特点，实现本地⽣产，就近服务，满⾜千⼈量级的⽇常使⽤需求。此外，还可共享数据模型，利⽤云制造平台（如三帝云制造pktec）实现⽹络协同⽣产，提⾼并⾏⽣产效率，满⾜更⼤量级的批量需求。3D打印技术可以通过康复医疗器械、医学模型、⼿术导
板、⽅舱医院建造、⽣物/器官打印、纳⽶机器⼈打印、药物研发等诸多⽅⾯，在抗击传染性病毒中发挥作⽤。
1. 3D打印护⽬镜
对于如新冠肺炎病毒这类具有飞沫传播感染性的病毒，护⽬镜成为战“疫”⼀线的医务⼈员及需与患者密切接触⼈员的必备防护⽤具。市场上常见的护⽬镜，开模时间长达14天，⽽利⽤FDM 3D打印技术⽣产的医⽤护⽬镜，不仅密封度⾼，且重量只有普通护⽬镜的3/4，还可根据个⼈⾯部数据实现私⼈化定制[2]。
图1 运⽤3D打印技术⽣产的医⽤护⽬镜[3]
湖南云箭集团增材制造研究应⽤中⼼内的50余台FDM 3D打印机每⽇⽣产医⽤护⽬镜200余套。据了解，1⽉31⽇，这家公司利⽤原有成熟的3D打印技术，应急研制⽣产医⽤护⽬镜；2⽉7⽇，⾸批医⽤护⽬镜通过长沙市市场监督管理局备案准⼊；2⽉10⽇，这家公司⽣产的⾸批500套护⽬镜已发往长沙和怀化，驰援抗“疫”⼀线[3]。
图2 三帝科技3D打印车间⼀⾓
wifi功率放大器3D打印定制个性化的防护⽤品，能提升防护效果。三帝科技采⽤原有成熟的FDM 3D打印技术，应急
研制⽣产3D医⽤隔离防护镜，⽤于医疗机构中检查时起防护作⽤，阻隔体液、⾎液飞溅或泼溅。规格型号齐全：YP-EM-S、YP-EM-M、YP-EM-L、YP-EM-C（定制）等。采⽤先进的EVA⾯部扫描系统，结合逆向⼯程软件设计出定制化的3D医⽤隔离防护镜，选取有良好⽣物相融性的材料进⾏3D打印，制造出来的3D医⽤隔离防护镜具有防雾化、舒适、完美贴合部位等特点。
图3 三帝科技3D医⽤隔离防护镜设计⽰意图及打印样
2. 3D打印⼝罩
⼝罩作为疫情防护中⼈体的“第⼀道防线”，其重要性不⾔⽽喻。⽽⼝罩的适配性、功能性、舒适性等因素，都会对其防护效果产⽣影响。
根据佩戴者的头部、⾯部扫描数据，进⾏三维建模，再3D打印的个性化定制⼝罩，可保证⼝罩与佩戴者⾯部的充分贴合，极⼤提升⼝罩的适配性和相对密闭性。
运⽤3D打印个性化定制的特点，可制作针对不同⼈的专⽤⼝罩。2018年，波兰设计师巴特罗⽶奇·加克左雷科便联合⼀家3D打印服务商专门设计和制作了⼉童专⽤的抗污染⼝罩，以保护⼉童免受污染侵害。这款3D打印⼝罩的内置物可替换为活性炭、过滤棉等介质，轻量化设计令其佩戴起来轻巧舒适，可在⼀定程度上减少⼉童对佩戴⼝罩的抵抗情绪[4]。
图4 3D打印⼉童专⽤防护⼝罩[4]
图4 3D打印⼉童专⽤防护⼝罩[4]
门槛记据了解，该款⼝罩采⽤的原料是PA12尼龙（⽤于硬质部件）和TPU（⽤于柔性部件），通过选择性激光粉末烧结（SLS）⼯艺打印⽽成[5]。
图5 3D打印⼝罩，外观神似《蝙蝠侠：⿊暗骑⼠崛起》中的⼝罩[5]
三帝科技结合3D打印技术优化⼝罩的结构设计，提升⼝罩的功能性。例如可更换式呼吸阀滤芯的设计，不仅利于⼝罩的清洁，也可延长⼝罩的使⽤寿命，降低使⽤成本。三帝科技医疗团队应急研发设计了分离式⼝罩固定装置，客户可将⼝罩分离装置与⾃⼰的⼝罩相结合，把⼀次性医⽤⼝罩夹在分离装置中使⽤。规格型号齐全：YFD-DM-MEN、YFD-DM-WOMEN、YFD-DM-CHILDREN、YFD-DM-CUSTOMIZE（定制）等。⽬前市⾯上可以看到可更换滤芯的⼝罩，材质为⾷品级硅胶和ABS、PLA塑料件，滤芯采⽤HEPA结构。如果选⽤适合的材料，采⽤3D打印技术来制作，将会是⼀种可以实现低成本、快速个性化定制的⽅式。
图6 可更换滤芯的⼝罩
dmm1在防疫防护中，需要超长时间佩戴⼝罩，三帝科技旗下的七号科技通过3D打印的⼝罩辅助配件来提升
佩戴的舒适性，缓解佩戴⼝罩造成的⽿部疼痛，可调式卡扣设计可以根据个⼈头型调节佩戴的松紧度，让⼝罩更贴合，防护更到位，且不易滑落。
图7 七号科技万物打印ear carer 3D打印⼝罩伴侣
⽇本设计师野崎靖采⽤3D打印技术设计了⼀款Maskal⼝罩架，其由柔软的硅胶制成，主要原理是较普通⼝罩增⼤了施⼒⾯，像戴眼镜⼀样的⽅式让⼝罩的摘戴更⽅便。⼝罩架中央贴住⿐⼦的部分撑出了额外的呼吸空间，令呼吸更顺畅，整体佩戴感更舒适[6]。
开关柜测温装置
图8 3D打印⼝罩架[6]
3. 3D打印⼿持式红外线测温仪
⼿持式红外线测温仪（俗称“额温”）是防疫⼀线的医疗保障物资，如果开模具⽣产，开模时间最少要20天，在这段空档期内，3D打印免开模具⼩批量快速⽣产就发挥出了巨⼤的优势作⽤。重庆领航新智诚科技利⽤SLA 3D打印技术快速设计、迭代、试产、批产，10天内完成了2200套⼿持式红外线测温仪的外壳制造[7]。
图9 3D打印⼿持式红外线测温仪[7]
4.3D打印隔离屋
在抗击疫情中，专⽤隔离病房是疫情防控救治的必备硬件设施，3D打印可以发挥数字化建造的优势快速建造应急隔离屋，缓解抗疫⼀线的燃眉之急。2020年2⽉13⽇，盈创新材料捐赠的⾸批15套3D打印隔离屋运抵湖北咸宁中⼼医院，这批隔离屋可以⽤于新冠肺炎患者的⼊住。该建筑运⽤3D打印技术⼀体化成型，墙体与镂空的栅格成⼀体，⾯积约10平⽅⽶，⾼度为2.8⽶，采⽤壳体结构，整体受⼒均匀，具有快速制造、抗风抗震、保温隔热的效果，通电后即可使⽤，符合隔离需求[7]。
图10 3D打印隔离屋[7]
3D打印隔离屋是⼀种健康、环保、可持续性的建造⽅式。材料利⽤率⾼，采⽤废弃物再⽣材料建造，增材制造的建造⽅式也⼤⼤减少了材料浪费；快速交付，平均打印⼀间隔离屋约需要2个⼩时，⼀天24⼩时可打印⼗⼏间。加上室内装修、⽔电、卫浴设施配备的时间，⼀个房屋从打印到交付⼤约需要两到三天时间；因地制宜，灵活安装，房屋可卡车运输、吊装且⽆需地基，不需要⼤规模施⼯，可满⾜病患⼈数较少的地区使⽤需求[8]。
5. 3D打印医学类模型
疫情爆发后，病毒研究和疫苗研制⼯作刻不容缓。通过CT(Computed Tomography，电⼦计算机断层扫描)或
MRI(Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像)等医学影像学数据，创建三维数字模型，并将模型3D打印成具体的实物，对于医学研究、病理分析、⼿术⽅案设计和预演、教学培训等，具有很强的临床实⽤价值。
在新冠肺炎疫情爆发后，3D打印技术也迅速被应⽤到国内的病毒研究和疫苗研制的⼯作中。⼴州形优科技依照感染者
在新冠肺炎疫情爆发后，3D打印技术也迅速被应⽤到国内的病毒研究和疫苗研制的⼯作中。⼴州形优科技依照感染者确诊5天时的肺部病灶CT数据进⾏3D重建，采⽤PolyJet材料打印出了新冠病毒肺部感染病例的彩⾊模型，新冠病毒的⽑玻璃状影像特征得以清晰呈现，帮助医学专家更直观地进⾏病例实体分析和演绎[9]。
图11 3D打印新冠病毒肺部感染模型[9]
同时，上海科技⼤学免疫化学研究所和中国科学院上海药物研究所抗新型冠状病毒感染联合应急攻关团队也公布了2019-nCoV冠状病毒3CL⽔解酶（Mpro）的⾼分率晶体结构，供更多科技⼯作者，特别是药物研发⼈员使⽤[9]。早在2017年，中国科学院武汉病毒研究所便运⽤3D打印技术，利⽤病毒结构⽣物学的科研成果，制作了⼏种代表性的病毒模型，通过复原病毒结构的真实形貌，帮助⼤家更直观、⽣动地了解病毒[10]。
蜂衣
图12 新冠病毒模型[9]
图13 ⼏种3D打印病毒模型[10]
6. 3D打印药物制剂
⾃20世纪90年代初期以来，很多研究机构⼀直在进⾏对3D打印药物递送装置（drug delivery device，DDD）在药物制剂中应⽤的研究，直到2015年7⽉，全球⾸款由3D打印技术研发制备的左⼄拉西坦速溶⽚（商品名：Spritam®）获得美国⾷品药品监督管理局（FDA）批准上市，从⽽使3D打印技术在药物制剂领域获得了极⼤的关注。在药物制剂领域，3D打印技术具有空间分布精确、释放精准、药物剂量可控等优势，弥补了传统制药技术的不⾜，发展前景⼴阔。⽬前，应⽤在药物制剂领域的3D打印技术主要有黏结剂喷射技术（BJ）、材料挤压技术（FDM）、SLA。
研究⼈员最早使⽤黏结剂喷射技术（BJ）进⾏3D打印⽚剂的开发⼯作，Katstra等使⽤黏结剂喷射技术，通过调节黏结剂或聚合物浓度，获得了与传统制造⼯艺硬度和脆碎度相当的⽚剂。Aprecia公司在收购⿇省理⼯学院3D药物打印技术后，开发了名为 ZipDose的技术平台，并以3D打印的模式层层制备Spritam®⽚剂，让⼉童、⽼⼈或有精神障碍等吞咽困难的患者能够更好地服药。张惠檄等使⽤挤压式3D打印技术打印了不同形状的阿司匹林双层⽚，实验表明其较传统压制的阿司匹林双层⽚的缓释效果更好。Lu等采⽤ SLA 3D打印技术，以⽪肤癌的达卡巴嗪为模型药物，打印了由25根聚富马酸
⼆羟丙酯微针组成的载药微阵列，以实现化疗药物的透⽪给药[11]。
图14 包括5种药物的3D打印
与传统药物制备⼯艺相⽐， 3D打印技术具有极⾼的可控性和灵活性，⾮常适合个性化制剂及创新型制剂的制造。虽然3D打印技术仍存在诸多技术及监管⽅⾯的挑战，但相信通过进⼀步的发展，⽬前存在的问题终会得以解决，3D打印将为医药发展带来新的机遇和希望，加速个性化、智能化给药时代的到来[11]。
7. 纳⽶机器⼈3D打印
当⼈体遇到病毒或细菌侵害时，就会产⽣免疫反应，⽐如发烧。如果遇到持续发烧，⼈们通常都会通过吃药、打针来进⾏。如果可以往⾎液⾥植⼊⼀个纳⽶机器⼈，由它们来探测到发烧的原因，并可以直接对感染部位进⾏，患者不就不⽤再忍受药⽚的苦味和扎针的疼痛了吗？
2019年，美国科学家宣布⼀项纳⽶机器⼈实验的重⼤突破：借助光声断层成像技术，实时控制纳⽶机器⼈，让它们准确抵达⼈体某个部位（⽐如肠癌病⼈的肠道肿瘤处），实现药物递送，或对癌变细胞进⾏智能微⼿术。
回收太阳能电池片纳⽶机器⼈是⼀种借助最先进的芯⽚和纳⽶技术，在原⼦⽔平上精确地建造和操纵物体的机器⼈。⽽
3D打印⼤批量个性化制造的优势，在微结构领域为⼤规模个性化制造提供了可能性。据悉，现在已经可以通过3D打印，⼀次制造出⼏⼗万个纳⽶机器⼈，在⼈类⽆法进⾏操作的分⼦层⾯上对原⼦和细胞结构实现⼀系列操作[12]。
图15 纳⽶机器⼈
意⼤利Istituto Italiano di Tecnologia的研究⼈员利⽤纳⽶级3D打印开发了⼀种混合纳⽶技术设备，可以⽤来更好地了解药物如何穿透⾎脑屏障向中枢神经系统进发，帮助开发脑部疾病和肿瘤（脑癌，⽼年痴呆症，多发性硬化症等）的⽅法[13]。
微纳⽶3D打印是⽬前全球最前沿的先进制造领域之⼀，⽬前主流的微纳⽶3D打印技术分为双光⼦聚合TPP技术和⾯投影⽴体光刻技术（Projection Micro Litho Stereo Exposure）。该技术在复杂三维微纳结构、⾼深宽⽐微纳结构和复合(多材料)材料微纳结构制造⽅⾯具有很⾼的潜能和突出优势，⽽且还具有设备简单、成本低、效率⾼、可使⽤材料种类
(多材料)材料微纳结构制造⽅⾯具有很⾼的潜能和突出优势，⽽且还具有设备简单、成本低、效率⾼、可使⽤材料种类⼴、⽆需掩模或模具、直接成形等优点。
8. 器官3D打印
⽣物3D打印是指将细胞及⽣物⽔凝胶及⽣长因⼦等混合成⽣物墨⽔，通过3D打印的⽅式实现组织/器官的体外再造。该技术⼯艺可有效模拟组织/器官结构，在器官发育机制、病变机理、药物评价、再⽣修复等领域有众多应⽤[14]。
虽然⽣物3D打印（载细胞打印）暂时还未真正进⼊临床应⽤，也仍有很多问题待深⼊研究，但我们依然可以看到其正处于⼀个⾼速发展的过程中。
以⾊列特拉维夫⼤学研究⼈员利⽤患者细胞和⽣物材料⾸次成功设计和打印出了充满细胞、⾎管并有⼼室和⼼房的完整⼼脏。该3D打印⼈⼯⼼脏是以⼈体细胞和具患者特异性的⽣物材料作为⽣物打印原料制成。研究显⽰这种⽅法在未来的个性化组织和器官置换中具有潜⼒[15]。
图16 由患者细胞制成的3D打印⼩型⼈体⼼脏[16]
英国纽卡斯尔⼤学（Newcastle University）组织⼯程学的研究员们利⽤⼈体细胞3D打印出了⼈造⾓膜。他们将⼀种由藻酸盐和胶原蛋⽩组成的“⽣物墨⽔”与⼈类的⾓膜⼲细胞混合在⼀起，然后进⾏3D打印，⼲细胞就会在⽣物墨⽔周围开始⽣长。这项研究为将来的⼤范围⼈造眼⾓膜移植提供了⼀种新思路[17]。
据2019年《科学》杂志封⾯报道，美国莱斯⼤学与华盛顿⼤学的研究团队带来⼀项具有⾥程碑意义的
发明——⼀个由⽔凝胶3D打印⽽成的肺模型，它具有与⼈体⾎管、⽓管结构相同的⽹络结构，能够像肺部⼀样朝周围的⾎管输送氧⽓，完成“呼吸”过程。从外形来看，这个⼈造器官还没有⼀枚硬币⼤。研究⼈员表⽰，这⼀领域的⼀⼤挑战是制造较⼤的活组织块，并且保证它有可存活的、运转正常的细胞，制造这种活组织块⾮常容易，但确保这种活组织内细胞的可存活性以及功能性是个挑战[18]。
图17 3D打印肺模型[18]
如果说通过组织⼯程再⽣器官实现“哪⾥坏了换哪⾥”是⼈类在医学上的⼀个理想，那么3D打印技术则为这个理想的实现打开了⼀扇⼤门。以肺部器官为例，据统计，肺部疾病是全球发病率都较⾼的⼀类疾病，尤其对于慢性阻塞性肺疾病（COPD）、特发性肺纤维化（IPF）、肺囊性纤维化、ɑ-1抗胰蛋⽩酶缺乏，特发性肺动脉⾼压等肺部疾病来说，在条件允许的情况下通常都需要通过肺移植的⽅式来进⾏。但适合的病⼈往往难有合适的肺源。随着科技的发展，如果有⼀天能够借助3D打印技术，快速制造出符合⼈体植⼊要求的肺部器官，就可以弥补捐献器官的短缺，更快速、精准地满⾜患者需求。
结语
在过去长达⼀个世纪的时间⾥，⼈类在减少甚⾄消除⽣物疾病⽅⾯取得了长⾜的进步，例如青霉素的出现以及 CRISPR 基因编辑技术等。现在，随着如3D打印、⼈⼯智能等各类前沿科技在医学应⽤中
的不断发展，⼈类的医疗进程可能会发⽣巨⼤的变化。3D打印技术如今已被⼴泛应⽤于康复医疗器械、医学模型、⼿术导板、⽣物打印、药物研发等诸多⽅⾯。⽽在这次抗击新冠肺炎疫情中，3D打印也发挥了⼩批量、分布式、快速制造、⽆⼈化⽣产的灵活优势，为疫情防控贡献了⾃⾝的⼒量。这让我们有理由相信，科技的进步将会带来⼀个更美好的世界，⼈类也必将可以更加从容⽆畏地⾯对疾病和未来。
参考⽂献：
[11] ⽯靖，王增明，郑爱萍. 3D打印技术在药物制剂中的应⽤和挑战[J]. 药学进展，2019，43（3）：164-173.
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