前不久,英國南安普敦大學(xué)的科學(xué)家制造出了一架無人駕駛電動飛機,這架名為“SULSR”的小飛機翼展2米,用微型自動駕駛儀操縱,每小時飛行260千米,巡航時幾乎不發(fā)出任何聲響。如果我告訴你,這架飛機是“打印”出來的,你相信嗎?還別不信,這架飛機的確是科學(xué)家用激光打印技術(shù)“打印”出來的。不可思議吧,不過就是這樣的神奇!
3D打印新技術(shù)
我們的生活用品都是用機器制造的,從原材料到產(chǎn)品成型,要經(jīng)過一道道工序,要制造出一架飛機就更復(fù)雜了。但這架小飛機是用激光燒結(jié)打印機,通過層層打印的方式,造出塑料戴金屬結(jié)構(gòu),用“卡扣固定”技術(shù)連接,整架飛機在幾分鐘內(nèi)完成組裝,不要任何工具。
自電腦問世后,1984年惠普公司的工程師發(fā)明了噴墨打印機,這種讓設(shè)計與印刷融為一體的技術(shù),給人們的工作和生活帶來了方便。2010年,一位名叫恩里科·迪尼的發(fā)明家設(shè)計出了神奇的8DC三維)打印機。工作時,它那1 000個噴嘴中會同時噴出沙子和鎂基膠,形成特定的形狀,最終“打印”出一個完整的雕塑或模型。迪尼的發(fā)明打開了科學(xué)家的思路:將打印機里的墨水換成塑料、尼龍、金屬粉末,不是就可以按設(shè)計程序制造出零部件嗎?很快,各式3D打印機很快就用到了生產(chǎn)上。制造商發(fā)現(xiàn),像飛機、汽車上的掛鉤、扶手等一些簡單產(chǎn)品,用打印制造比傳統(tǒng)造法更快、更省錢。
最近,美國麻省理工學(xué)院用3D打印技術(shù)制作出了一支能夠正常吹奏的長笆。德國專業(yè)小提琴制作公司也用30打印技術(shù)制作一把斯特拉迪瓦里小提琴的復(fù)制品,它采用了獨特而復(fù)雜的激光燒結(jié)技術(shù),這種技術(shù)可以讓復(fù)制品看起來更加接近手工制品的水平,但使用的原料是工業(yè)聚合物,而不是木材。2011年11月,美國和加拿大兩家公司用3D打印技術(shù)制造出一輛汽車。它以電池和汽油作為混合動力,每加侖汽油能夠在高速公路上行駛320千米,在城市道路上能行駛160千米。這款汽車不僅環(huán)保,而且安全性高,造價也不貴。
利用3D技術(shù)打印的、并能正常吹奏的長笛
3D打印無所不能
打印巧克力今年1月,在英國倫敦奧林匹克展覽館舉行的英國禮品展銷盛會上,3D巧克力打印機成了電子產(chǎn)品中的一大亮點,吸引了很多商家和人們的眼球。這是英國埃克塞特大學(xué)研究人員發(fā)明的新型的三維打E口機,它的墨盒里裝的不是墨水,而是不同色彩的液態(tài)巧克力。打印時,先生成一個平面的橫截圖,然后用巧克力液一層層打印,好像將平面的紙鋪疊。堆成三維的立體形狀。印完一層,等它凝固后,機器才噴第二層,不像傳統(tǒng)制作一次成型,速度不是很快。早在2010年,美國康奈爾大學(xué)的工程師就研制生產(chǎn)食品的3D打印機。但沒有很好地解決食物原料沼化和凝結(jié)的恰當(dāng)溫度,噴嘴的設(shè)計也有些問題。而?巳卮髮W(xué)的發(fā)明解決了這些難題,使3D打印用于餐館和食品加工成為可能。
打印毛細血管挽救器官器質(zhì)性病變者的生命,目前最有效的辦法是器官移植。據(jù)統(tǒng)計,我國每年有150萬病人等待器官移植,但有幸排上手術(shù)的只有1萬人,大多數(shù)病人都在等待中死去。原因之一是受傳統(tǒng)觀念的影響,意外死亡后涓贈器官的人很少,器官不夠用;二是用組織工程培養(yǎng)的器官還不能實用,科學(xué)家還不能造出毛細血管,無法給人造組織和器官運送氧氣和營養(yǎng)。我國曹誼林教授曾完成了裸鼠背上再生人耳,但這種用組織工程方法培養(yǎng)的耳朵,由于缺乏毛細血管,支撐不了幾周就會死亡。以現(xiàn)在的生物技術(shù),用病人的干細胞倍養(yǎng)出組織和一些器官并不難,難的是如何在組織和器官中布局神經(jīng)和血管。
就在醫(yī)學(xué)家們進退維谷時,德國科學(xué)家將3D打印技術(shù)“雙光子聚合技術(shù)”相結(jié)合,用高分子聚合物制造出了毛細血管?茖W(xué)家用高功率激光讓聚合物分子按程序重組,成為一塊有彈陛的固體后,再合成高精度的彈性毛細血管結(jié)構(gòu)。這種人造毛細血管具有生物的相容性,能與組織相互融合。這項發(fā)明使醫(yī)學(xué)組織工程技術(shù)如虎添翼,也將給需要器官移植的患者帶來福音。
打印皮膚
人體的皮膚展開有2平方米,它使體內(nèi)環(huán)境和體外環(huán)境隔開,是人體的屏障。一旦皮膚被大面積損傷,對人體是致命的。在治療皮膚損傷或燒傷的病人時,植皮是重要的醫(yī)學(xué)手段。但很多皮膚被大面積燒傷的病人不是由于沒有皮膚來源,就是由于術(shù)后感染而死亡。
生物打印機
為解決植皮難題,科學(xué)家發(fā)明了自體皮膚再生培養(yǎng)法,并發(fā)明了人工皮。而美國卡羅來納州再生研究所的科學(xué)家則發(fā)明了打印皮膚的技術(shù),將皮膚細胞直接種在病人的傷口上。這種3D打印機里放的是細胞倍養(yǎng)液,先通過內(nèi)置的掃描器對受傷的面積和深度進行準確的掃描,并將得到的信息轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字圖象,再決定需要放置多少層細胞和多大的面積,才能恢復(fù)成組織原先的結(jié)構(gòu)。皮膚細胞的組織倍養(yǎng)比倍養(yǎng)皮膚快,細胞的活性也好。這種種皮技術(shù)由機器人在無菌環(huán)境下進行,醫(yī)生只需在旁監(jiān)督調(diào)整。直接在病人身上打E口皮膚,雖然現(xiàn)在只是實驗成功,但科學(xué)家沽計,20年后它將成為植皮的主流技術(shù)。
打印耳朵
東尼是澳大利亞墨爾本一個8歲小男孩,他家有一只可愛的牧羊犬。有一天放學(xué)后,東尼一如既往地與狗親熱,牧羊犬不知怎么地一口咬掉了他的左耳朵。破裂的耳朵已無法接上,醫(yī)生只得將歷口處理包扎,并給東尼裝了一只硅膠假耳,F(xiàn)在的硅膠假耳,可以用3D打印機制造:通過掃描錄下耳朵的三維信息,打印機就用硅膠造出一只可以亂真的假耳,不仔細觀察無法區(qū)別。
想用3D技術(shù)打印出組織結(jié)構(gòu)與真耳一樣的人造耳,這太難了。因為看似簡單的外耳,組織中也有精致的血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),科學(xué)家現(xiàn)在僅能打印軟骨。軟骨沒有固定的形狀,結(jié)構(gòu)相對簡單,血管也很少。用生物工程的方法培養(yǎng)器官,已取得很大的進展,也許不遠的將來可以在支架上長出一只活的人耳。用打印的方法生產(chǎn)人耳可以瞬間生成,吸弓}力很大。但科學(xué)家們認為,即使解決了血管與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與其他組織的同步打印,能生產(chǎn)出一只活的人耳,怎樣與傷口的血管和神經(jīng)相連,這也是大難題!打印耳朵是生物打印機走向應(yīng)用的開端,但要真正打印出實用的器官,還得科學(xué)家們繼續(xù)努力!
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