當科幻小說中的想象成為了現實

圖片：tombud / CCO

孫悅禮，骨科大夫 | 生物醫學工程 | 臨床轉化 | 手繪科普

3D 打印手藝讓萬物皆可打印，當我們本身的身體、組織，甚至每一顆細胞都可以完全還原并打印出來的時辰，我們能取代造物本家兒嗎？

《西部宿世界》開場短片的鋼琴曲很好聽

《權力的游戲》最后一季崩盤了，下一部神劇《西部宿世界》卻是值得等候一番，人工智能的“變節”，3D 打印手藝的繪聲繪色，人道和意識的思慮，風光如畫的場景、令人著迷的故工作節，厲害的科幻往往會植入最新的科技，從細節上達到以假亂真的水平。

這部劇的焦點科技從片頭就起頭了，3D 打印恰是這種真實感的焦點科技。

固然感受都很科幻，但又感覺離我們并不遙遠，那么這部科幻有科學事實根本嗎？有哪些工作在實際中 3D 打印手藝已經可以做到了？

1.人工血管打印

打印人工血管方面，哈佛大學詹妮弗·劉易斯(Jennifer Lewis)傳授的嘗試室走在最前沿，他們團隊為專門為血管打印設計了一臺心猿意馬制的 3D 打印機和一種消融性墨水。

采用這個手藝，他們制當作了一塊含有皮膚細胞的組織樣本，皮膚細胞和血管布局交叉在這塊組織材猜中。

劉易斯傳授的團隊經由過程在打印細胞的網格中利用一種冷卻后會液化的“墨水”，締造出中空的管狀布局，這種組織是由 3d 打印機分層構建的。

第一種以明膠為根本的墨水修建起了細胞外基質（細胞外基質是包抄細胞的卵白質和其他生物分子的夾雜物）。

第二種墨水含有明膠物質和小鼠某人類皮膚細胞，它們不僅具有生物活性，還有足夠的粘性，可以在打印當作型后連結布局和功能。

第三種果凍般材質墨水幫忙團隊締造了空心管。這種墨水在室溫下具有果凍的粘稠度，但冷卻后會液化。研究小組在常溫下用這種墨水塑造出血管，組織當作型后經由過程冷卻加真空的體例，把這部門液化的墨水抽出，中空的血管通道布局就形當作了，共同上第二層第一層打印在其四周的皮膚細胞和細胞外基質，中空管道的外壁也能像生物血管一樣連結活性和通透性。

以上就是該團隊 3D 打印人工血管的道理。是不是和《西部宿世界》片頭的這一幕很像？

用這種體例打印出來的最小的通道直徑約為 75 微米，比擬身體遍地互換營養和廢料的毛細血管，顯然要大得多。若是要做當作加倍當作熟的組織甚至器官，光靠這些 75 微米的大血管顯然是不敷的。盡管如斯，但這種分層多種“墨水”3D 打印人工血管手藝，可以說長短常很是主要的一步摸索了。

2. 更貼合的傳感器

物聯網手藝已經把手機、手環、手表都改釀成了“可穿戴設備”，及時檢測我們天天的活動量、久坐時候和睡眠質量，都可以經由過程終端傳感器檢測、記實并辦理我們日常的數據。

但若是把這些傳感器做得更小，貼在皮膚概況，甚至植入到器官上，那么精度將會更高。

這部門工作，學術大佬 @沖氣覺得和的研究就走在該范疇的前沿——

你頒發第一篇英文論文履歷了如何的過程

Really excelent work！

除了上述的體表貼片傳感器以外，華盛頓大學圣路易斯分校的研究人員還做了可以貼到人體器官概況的一蒔植入傳感器。

他們操縱心臟掃描手藝建造了個和病人完全一樣的 3D 打印心臟模子，打印的同時在模子四周包裹著近似的可伸縮電子元件。這種硅裝配可以從打印的心臟模子上剝離下來，然后完美地附著貼合在病人的心臟上。這種傳感器包羅了大量的電子元件，經由過程可伸縮的傳感器陣列、氧合探測器、應變儀、電極和溫度計的集當作并包裹在心臟四周。對病人來說，可能意味著更徹底、更有針對性的監測和治療。相對于今朝臨床上應用的心電圖和 Holter 手藝，在時候和空間維度上，這種內置的傳感器手藝將是碾壓性的。

3.骨骼打印

骨骼，除了承重和勾當需要，仍是體內主要的鈣磷倉庫。

若是“臨時的”營養不良，身體里的鈣磷來不及維持日常的心理功能，身體就會挪用骨頭這個「姑且倉庫」，破骨細胞被激活，在骨頭概況吐出酸水，骨頭被侵蝕后就會消融出鈣和磷，以離子游離的狀況進入血液濟急。當血液里的鈣磷離子達到所需要的濃度之后，破骨細胞就會主動停工，不再繼續發貨了。

若是骨頭局部區域受力過大，布局搖搖欲墜，骨頭里的骨細胞就會感知到，然后發送旌旗燈號激活并呼喚當作骨細胞來到闖禍區域，當作骨細胞沿著骨頭里的膠原支架爬過來，在血液里打撈鈣磷離子，和膠原里的卵白夾雜一番后形當作新的骨質，跟著工程的完美，被卸磨宰驢的他們，也逐漸礦化當作為骨細胞，并藏匿在骨頭中與之當作為一體，感知骨頭局部受力的巨細。

骨質松散癥說到底，就是這三個細胞之間共同呈現了溝通的障礙，使得原有的骨形當作和骨接收的均衡被打破，骨接收過度引起骨量下降甚至骨質松散。骨形當作過度也會發生多余增生的骨刺。而整個過程與工地原料“鈣”的幾多，幾乎是毫無關系的。

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孫悅禮骨頭大戰

所以，若是要打印人工骨骼，不克不及僅僅把骨骼看成一塊具有強度和粘性的材料，還要考慮材料植入人體后這些骨細胞、當作骨細胞和破骨細胞在上面的生態。2011 年，華盛頓州立大學(Washington State University)Susmita Bose 傳授對一臺 ProMetal 3D 打印機進行了革新，將特心猿意馬的化學因子和細胞因子連系到陶瓷粉末上，制當作“Bio-ink”，以此為原材料締造出了比傳統更復雜的骨骼植入材料，這些支架植入骨骼內部不僅可以促進任何外形的骨骼發展，還能操縱微布局連結足夠的強度。