他研製的生物3D印表機敢與西方國家的媲美

胡慶夕教授簡介

上海大學教授、博士生導師；上海大學工程技術訓練中心（國家級）主任、快速製造工程中心常務副主任。江蘇省三維列印裝備與製造重點實驗室學術委員會委員，中國機械工程學會高級會員，中國生物醫學工程學會高級會員，全國高校機械自動化學會副理事長，中國3D列印技術產業聯盟顧問，華東高校工程訓練教學學會副理事長，中國人工智慧學會智能製造專業委員會委員，《中國組織工程研究》首席學科專家、《儀器儀錶學報》、《機械工程學報》、《計算機集成製造系統》、《納米技術與精密工程》等學術期刊評審專家。自2001年一直從事生物3D列印技術、快速模具技術等領域的研究，先後承擔國家自然基金、上海市重點項目、國家CIMS重點應用工程，以及企業項目等20餘項。已出版著作4部，申請和獲得國家專利30多項，發表學術論文170多篇，其中被SCI/EI收錄100多篇，受理和獲取專利20多項，培養和招收碩士、博士研究生、博士後65人。

正文：

2015年初，上海大學快速製造工程中心主任胡慶夕教授的團隊攜具有完全自主知識產權的「生物3D印表機」在CCTV-10科教頻道《發明夢工廠》節目中華麗亮相。同年8月份，著名的《美國物理聯合會》期刊發表了胡慶夕教授團隊在生物3D列印方面的突破性研究工作。

獲得五項國家自然科學基金支持、央視的短暫而華麗的亮相以及「不鳴則已，一鳴天下知」的瞬間……這「破蛹成蝶」的背後卻是胡慶夕教授團隊連續十數年堅持不懈的努力。

2001年，胡慶夕開始接觸3D列印，受命組建上海大學快速製造工程中心的研究團隊和應用團隊。剛開始研究的時候，他直言「並不知道這是什麼技術」，但現在，他已經成為3D列印業界赫赫有名的專家教授，他的研究被國內外媒體廣泛報道，他可以自豪地說，他的研究絲毫不落後於西方國家。而在他的帶領下，上海大學的3D列印設備種類、所掌握的3D列印工藝，以及工程應用等方面在全國高校中名列前茅。15年來，其團隊做了數十萬3D列印的產品，並與上海組織工程研究中心、上海交大附屬第九人民醫院、瑞金醫院和新華醫院、復旦大學附屬中山醫院、同濟大學十院等合作，進行有關血管、骨骼、腹壁等方面的動物試驗。

隨著3D列印技術在醫學領域的發展與應用越來越廣泛，也許有一天3D列印會使我們人類器官的人工製造成為可能，使眾多由於疾病、事故或者戰爭導致的器官缺損的患者能夠治癒。美國《時代》周刊就曾預測未來十年人工器官和功能組織的替代產品將達到50%。可以說，生物3D列印是3D列印技術最具潛力的應用領域。胡慶夕教授也曾如此形容生物3D列印：如果把3D列印比喻成皇冠的話，那生物3D列印就是皇冠上的明珠。

本期，《3D列印商情》便跟胡慶夕教授來聊聊生物3D列印這顆「皇冠上的明珠」。

《3D列印商情》：據了解，胡教授您是2001年開始研究3D列印技術，從事3D列印研究的初心是什麼？通過這15年的研究，請問3D列印技術給您最大的感觸是什麼？上海大學快速製造工程中心自成立以來在3D列印技術上取得了什麼樣的研究成果？

胡慶夕：我從2001年開始接觸3D列印，並開始生物製造技術研究，從不知道這是什麼技術，到認為這是一項很有意義的研究，是解決人類痛苦的研究，是造福人類的研究。因此不管國家是否支持、不管是否能申請到項目，我都下定決心堅持下去。2007年左右的幾年，是3D列印研究最蕭條的一段時間，因為看不到曙光，一些科技工作者退出了這個領域的研究，我們沒有，我們認準這項崇高的研究，就用前些年節省下來的經費維持著這個領域的研究——我們不是為了錢而研究，我們是為事業而探索，希望中國在世界的生物3D列印領域佔有一席之地。今天，大家終於認識到生物3D列印技術將是改變醫療領域的顛覆性技術之一。

我們在生物3D列印和快速模具技術及工藝方面與國內外沒有多大差距，在生物CAD/CAM/3D列印綜合成形方面應該是超前的，我們進行了多結構、多梯度、多材料的列印工藝方法研究，進行了血管、骨、軟骨、皮膚等生物支架的工藝方法研究，進行了多種細胞的列印研究等，並進行了大量的動物實驗和開發了生物CAD/CAM/3D列印綜合成形集成系統，美國物理聯合會、每日科技等國外多家媒體，以及國內央視、科技日報和中國日報海外網、人民網、新華網、中國科技網等都進行了研究成果的報道。

《3D列印商情》：請您介紹一下這些年您在3D列印技術上的主要研究方向？最新的研究有哪些？

胡慶夕：我的研究主要在生物3D列印、快速模具、特種材料3D列印等方面，我將在前面基礎研究的基礎上，在一代、二代設備開發的基礎上，繼續基礎探索，實現重點突破，儘快服務社會，為人類造福。

《3D列印商情》：請介紹一下您的團隊研發的生物3D印表機？它的主要功能是什麼？它能夠做些什麼？

胡慶夕：我們開發了生物CAD/CAM/3D列印綜合成形集成系統，實現了生物建模與綜合成形的集成，實現了擠出、電絲和電噴單一或綜合工藝成形，實現了宏、微、宏微觀的複合支架，具有完全的自主知識產權。

我們的生物3D印表機技術特點包括：1、提出將3D列印、電紡絲、細胞組裝等技術結合，實現一體化支架的綜合成形；2、提出將CT/MRI數據處理與系統的集成，實現一次完成從設計到3D列印綜合成形的全過程；3、提出複合結構一次成形，實現多材料、多梯度、多尺度結構，實現宏微觀結構的複合加工和微納結構表面修飾；4、提出滴塗、電噴、靜電紡絲等多種細胞直接複合接種方式。

目前，該系統主要面向組織工程、再生醫學以及生命科學領域的科研院所和醫院，用於研究及試驗驗證與分析等；未來實現製備生物支架和生物結構體，用於骨、軟骨、骨軟骨、皮膚、血管等的缺損修復，長遠將是器官修復等。可以說，我們掌握的技術沒有落後世界發達國家，與國外沒有多大的差距。

《3D列印商情》：您的團隊集合了機械、控制、計算機、生物材料等多個領域的科研人才，請問這些學科都是如何為3D列印服務的？

胡慶夕：3D列印是多學科交叉，涉及到機械、控制、計算機、醫學、生命、材料等方面，2014年，我們獲得了應該是國內第一個自主增設交叉學科博士點：增材製造與組織修復，對這方面的高層次人才培養創造了條件，我們有機械、控制、計算機、材料等方面的老師，我們與上海多家醫院合作，開展這項前沿研究。

《3D列印商情》：請問生物3D列印發展到現在，都經歷了哪幾個階段？可否預測一下未來生物3D列印的發展？

胡慶夕：生物3D列印經歷了四個階段，最初大家探索都是用當時有的各種3D印表機來進行試驗和研究，包括進行列印術前模型等，輔助醫生診斷；第二階段是製造假肢、假體等，所用材料有生物相容性，沒有降解性，所用設備是金屬3D印表機，使用越來越廣泛，而且目前沒有什麼方法可以替代；第三階段是研究組織工程支架，其材料是生物材料(生物相容性和降解性)，其設備是生物3D印表機，目前基本還沒有實質性進入臨床，還在進行大量的驗證工作；第四階段則是是探索生物結構體的製造，其材料是細胞和生物材料，所用設備是細胞3D印表機（生物3D列印），這個方面研究還有很長的路要走，這是我們工作者的夢想。

我們認為首先應該實現人體組織的生物列印，比如皮膚、血管、骨、軟骨等，人體組織相對人體器官的列印簡單的多，人體器官涉及血管、神經等很複雜的內部結構，不是我們今天能夠列印出來的，但技術發展到那一天時，我認為能實現。

《3D列印商情》：請分析一下全球生物3D列印技術的發展現狀？

胡慶夕：在國外，各國的生物3D印表機在這兩年發展很快，不管是公司，還是大學和研究機構，像美國的Organovo公司、德國的EnvisionTec、瑞士的RegenHU公司以及俄羅斯的Bioprinting Solutions公司，在近些年都相繼推出了自己的生物列印設備及研究成果，現在這種激烈競爭的態勢正好說明各國都意識到這個領域的發展前景和重要性。

《3D列印商情》：目前而言，生物3D列印在材料上有哪些選擇？它的主要應用有哪些？它應用的瓶頸是什麼？

胡慶夕：在材料上，現在用的主要有膠原、明膠、水凝膠、羥基磷灰石、殼聚糖等，這些材料具有可降解和生物相容的特性，大家都是用於有關血管、骨、軟骨等支架的列印研究，還沒有應用於臨床，目前的設備和材料都不成熟，其中列印工藝、材料是瓶頸，沒有那種材料拿著就可以用。

《3D列印商情》：業界預測，3D列印人體器官有望培育成功，請問，3D列印人體器官培育成功的先決條件是什麼？目前距人體器官真正應用於人體可有時間表？

胡慶夕：前面已經說了，器官是一個複雜的系統，我們對我們自己還不是很了解，就通過簡單的列印就能製造器官還為時過早，給時間表很難，雖然網上炒作了很多，但我認為不是現在的事情，現在當務之急先搞清楚或者說先把人體組織製造出來，真正用到人身上，這就是醫療史上的奇蹟了。

《3D列印商情》：上面說的是技術層面，倫理方面、法規方面又該如何迎接或者說應對3D列印器官的誕生？

胡慶夕：每項新的技術都有它的兩面性，一是造福人類，二是給人類帶來災難，例如大家都知道的核技術的發明給我們人類創造了能源的財富，同時用於武器就給我們人類帶來痛苦，等等。

關於生物列印在道德、種族和法律上的問題已經聽到很多，大家都在擔心如果有一天生物3D列印實現了列印活體器官，就存在人類倫理問題了；我不這樣認為，同樣沒有必要過於擔心，到底生物3D列印技術與克隆技術還是有著本質的區別，生物3D印表機只是充當了將細胞單元精準堆積的技術工具，成熟之後移植到體內，而且這個細胞來自自體；克隆是完全不同的，它是再造生命體。

而且，就是存在這方面的問題也沒有必要擔心，任何新技術都一樣，如果都是這種擔心，那就沒有必要使科技快速發展了，到時候自然有應對的辦法。

《3D列印商情》：最後請您介紹一下3D列印技術在快速模具的應用？請談談這方面的發展現狀？

胡慶夕：目前很多人認為3D列印就是製造產品，這是一個誤區，目前3D列印的產品在功能方面與我們的實際產品還有很大的差距，其中現在的材料性能與我們現在傳統的材料的性能完全不同，真正在產品上長期使用的3D列印產品都不知有沒有，主要還是試驗驗證；因此，在目前情況下，要將新產品儘快進行產品的性能試驗，以及安裝到設備上，只能使用快速模具技術。通過3D列印製造出模型，使用快速模具技術能夠快速製造出小批量產品，這樣可以快速投放市場來了解市場對新產品的市場反應信息，決定新產品的製造批量，當然大批量不能使用快速模具技術，目前還是使用傳統模具技術。

大家不了解快速模具技術，就像大家原來不理解快速成型技術一樣，前面幾十年基本上沒人知道，2012年火了，大家這才知道，這兩項技術原來叫做「快速成型與快速模具技術」，就像雙生倆，其中一個「3D列印」火爆了，大家知道了，把它說的很懸乎，什麼都可以做，而另一個「快速模具」沒有出名，還是無人問津。

快速模具技術有它的缺陷，不能製造金屬，其次，精度不但取決於3D列印的樣件質量，由於是軟模，自然精度沒有金屬模具高。同樣，3D列印技術也有很多缺陷，主要是其一，材料種類太少，其二，列印精度不高，其三，性能不能滿足要求，其四，列印工藝不能改變，諸多因素限制了它的發展，當然隨著新技術的出現，3D列印也會得到快速發展。（編輯：老王）

（來源：3D列印商情）

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