市场分析：我国3D生物打印的应用与发展
从上世纪90年代初开始，我国便在国家自然科学基金委和国家科技部的支持下开始了3D打印的研究。在科技部多个五年计划的持续支持下，华中科技大学、西安交通大学、清华大学、北京航空航天大学、西北工业大学等一批科研院所开展了几乎所有主流的3D打印技术研究。但国内从事3D打印技术研发的科研团队或企业中，基本上都是在金属材料或非生物非金属材料的领域，将研究重点聚焦在3D生物打印领域上的还是比较少。同时从另一个方面看，3D打印技术在医学领域的研究，国际上和国内都是近几年才开始，国内与国外的差距并不大。
1、基础研究：已跻身第一梯队
在我国，对于3D生物打印的基础性研究，主要在一些大学的研究中心进行。提到国内的3D打印，就不能不提到一个人――颜永年。颜永年，第一任清华大学材料成形制造自动化研究所所长和第一任清华大学生物制造研究所所长，被业界誉为“中国3D打印第一人”。2012年10月，颜永年教授被推举为中国3D打印技术产业联盟首席顾问。颜永年将制造科学引入生命科学领域，提出了“生物制造工程”(Organism Manufacturing Eng.)学科概念和框架体系，为制造科学发展提出了一个新的方向。颜永年的团队在组织工程、载体支架的3D生物打印方面进行了深入地探索。
2012年10月，中国3D打印技术产业联盟成立，颜永年教授被推举为首席顾问
对于生物制造，这一3D打印最前沿的领域，颜永年教授认为，基于3D打印技术的细胞三维受控组装工艺，是生物制造中最为核心的技术，其目标为具有新陈代谢特征的生命体的成形和制造。细胞直接三维受控组装，使人类可以按照器官解剖学的数字模型，通过控制单个细胞和细胞团簇的3D组装，最终实现可整合于人体新陈代谢系统，用于修复和替代病损组织和器官的人造器官。
2013年8月，一个标志性的事件在业界引起了很大的轰动，从而将国内在生物制造领域的研究推向了前台。杭州电子科技大学徐铭恩教授宣布：他带领的团队研发成功了国内首款3D生物打印机。这台国内首款生物3D打印机的成功研制意味着我国3D生物打印的研究已进入了世界先进水平行列，在国际舞台上已可以和美国的Organovo公司等3D生物打印先驱同台竞技。
这台名为“Regenovo”的生物3D打印机支持活细胞打印，细胞存活率达到90%，全无菌打印设计，并支持从-5℃到260℃熔融的生物材料打印。在徐铭恩教授目前的实验中，打印出的肝单元可以检测到其具有解毒、代谢以及部分的分泌功能，但还没有检测到分泌胆汁的功能。而一些成骨的实验则在小白鼠身上取得了成功。此外，打印的肝单元、脂肪和肿瘤等组织，在体外药物筛选和临床前试验中显示了良好的应用前景。这台3D生物打印机在生物材料兼容性、细胞打印特性等参数上处于同类产品的国际领先水平。不过，这台设备离打印出能够植入人体的器官还有很远的距离。“Regenovo”打印出的肝单元比人体正常的大5倍左右，精度仍需提高。
徐铭恩教授展示用3D生物打印机打印出的活性人体肾脏等器官组织
2、应用研究：逐渐成熟，但仍面临诸多困难
对于3D生物打印的临床应用研究，其实在我国很早就开始进行了。早在2001年，我国就成功完成了国际上第一例将3D打印技术用于颌面的修复。但我国现有的监管制度不完善、打印成本较高及一系列技术难题有待攻克等因素使得3D打印技术在生物医疗领域的应用仍面临很多困难。
在3D生物打印的应用研究方面，华南理工大学的杨永强团队具有一定的代表性，做了很多有益的探索。华南理工大学杨永强教授所带领的研究团队自2001年左右开始研究3D打印技术，在牙科的牙冠固定桥、个性化舌侧托槽、膝关节的假体、外科手术导板以及植入体等方面都有涉及。
以采用3D打印技术制作烤瓷牙为例，德国的设备一次能直接制作200-250个牙冠，杨永强团队研发的设备能做100多个，但价格只有德国设备的四分之一到五分之一。杨永强的团队目前正在研究打印手术导板技术，目前已经做了20余种外科手术导板。另外他们在多孔骨和植入体方面也做过一些尝试，比如模仿髋关节打印的“金属骨头”，力度和骨骼非常接近。
杨永强教授的研究成果在产业化转化中，也取得了可喜的成果。广州瑞通生物与杨永强教授等利用3D打印技术合作研发的eBrace个性化舌侧矫治系统(舌侧隐形矫治)于2008年研制成功，2009年开始临床试验，目前已拿到了注册许可证，并已申请国家发明ZL3项。
eBrace个性化舌侧矫治系统
另外，在国内一些医院的研究团队，已开始尝试将3D生物打印应用于临床治疗当中。2013年，3D打印骨骼技术被我国正式批准进入临床观察阶段。北京大学第三医院骨科专家刘忠军教授带领的团队在征得病人同意后，已有近40位患者植入了3D打印出的骨骼。该院在脊柱及关节外科领域研发出3D打印脊柱外科植入物，其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋关节三个产品已经进入临床观察阶段。到目前，使用3D打印骨骼的患者恢复情况非常好，在很短的时间内，就可以看到骨细胞已经长进到打印骨骼的孔隙里面。
刘忠军(左)在办公室研究用3D打印技术制造出的微孔型人工枢椎
3D打印快速、个性化、小批量和高精度的特点是这种技术应用于医疗领域的优势所在，但生产成本高、打印材料的欠缺、移植后机体免疫排斥等一系列技术问题使得3D生物打印在从定制化产品走向大规模临床应用，还存在着很多障碍。不少业内人士呼吁，3D生物打印前景广阔，政府应出台相应的扶植政策，同时监管部门也应更新监管思路，积极应对新技术带来的生产模式的变革。
3、产业化尚待时日
2013 年4月，国家863计划中首次将3D打印选入，并拟拨不超过4000万的专项研究基金。同时，各级地方政府对于发展3D打印产业有着很高的积极性。当前我国3D打印产业主要形成了北京、湖北、陕西和江苏4个产业区域。其中，首个3D打印工业园将落户武汉东湖高新区，武汉市发改委等部门针对3D打印产业积极着手编制规划并予以扶持培育。
我国3D打印产业群
但是与各级地方政府高涨的热情相对应的是，3D打印产业在实际的发展中却面临着步履维艰的尴尬局面。由于生产成本高且市场规模不足，中国的3D打印企业普遍经营困难。作为国内第一批涉足3D打印业务的公司之一，武汉滨湖机电2012年营收700多万元，亏损300多万元。而在3D生物打印领域，除了设备和材料要求外，还面临着准入和许可等一系列问题，要实现真正意义上的产业化，还有很长的路要走。
为打破目前3D打印产业化发展道路上的僵局，一些地方政府的做法非常值得借鉴。目前，南京、成都、珠海等地纷纷成立了3D打印技术产业创新中心。以成都为例，2013年4月，成都成立了西部地区首个3D打印产业技术创新联盟，覆盖产学研一系列产业链。作为3D打印产业集群协同创新的公共平台，该联盟将以成都市的制造企业为主体，由高等院校、材料研发企业和机构、工业设计企业、科研院所、3D打印服务应用提供商等联动。联盟成员将通过开展产业集群协同创新，力争突破一批核心关键技术、掌握一批自主知识产权、形成一批战略性新兴产品，实现3D打印产业的全链突破。
2013年3月，中国首个3D打印技术创新中心落户南京
2013年底，四川大学华西医院医学转化项目入驻成都高新区天府生命科技园。华西医院再生医学研究中心主任康裕建教授表示，3D生物打印技术产学研合作平台将启动前瞻性创新产品研发，涉及体内骨骼材料、护理康复材料、官腔替代材料等六大类研究，一旦有所突破，将迅速推向产业化应用当中。
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项目成果
