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生物打印篇一：组织工程中3D生物打印技术的应用
中国组织工程研究 第18卷 第2期 2014–01–08出版
Chinese Journal of Tissue Engineering Research January 8, 2014 Vol.18, No.2
组织工程中3D生物打印技术的应用
石 静，钟玉敏(上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心影像诊断中心，上海市 200127)
文章亮点：
1 此问题的已知信息：3D生物打印技术是组织工程学的一个分支，可以实现组织、器官的体外构建。
2 文章增加的新信息：3D生物打印技术相较其他快速成型构建技术，具有独特的优势，是当前组织工程学及工程学研究的热点，但其仍面对较多难题，需要研究者进一步研究，其临床应用前景广泛，一旦未来在临床工作中全面铺开，具有划时代的意义。
3 临床应用的意义：3D生物打印技术能体外个性化复制患者或者生物医学所需要的组织、器官结构，具有仿生学价值，且能最小化排异反应，构建速度快，在临床科研实践中应用前景广泛。 关键词：
组织构建；组织工程；3D生物打印；组织工程学；快速成型技术；支架材料；选择性激光烧结；熔融沉积成型；立体光刻技术 主题词：
成像，三维；组织工程；支架；磁共振成像；计算机辅助设计
摘要
背景：近年来，研究者将最先应用于工程领域的3D打印技术嫁接到组织工程学中，希冀利用3D生物打印技术进行体外组织、器官复制过程，并取得了一些令人惊喜的成果。
目的：从3D打印技术的原理、打印操作步骤、与组织工程学的关系、优势和难题、临床应用等方面对其目前的发展趋势做一概述。
方法：第一作者应用计算机检索2000年1月至2013年10月PubMed数据库、中国期刊全文数据库、维普中文期刊网有关3D生物打印技术在组织工程中应用的文章，英文检索词“three-dimensional bioprinting, tissue engineering, rapid prototyping technology, scaffold materials, selective laser sintering, fused depositio
结果与结论：3D生物打印就是借助影像技术(CT、MRI)资料的辅助，应用计算机辅助设计技术虚拟出待构建体的三维结构，然后利用相应的材料，逐层创建出实体的一种组织工程学技术。其具有高精度、构建速度快，可实现按需制造等优势，但也面对力学、生物学等方面的难题，临床应用前景广阔。
石静，钟玉敏. 组织工程中3D生物打印技术的应用[J].中国组织工程研究，2014，18(2):271-276.
Three-dimensional bioprinting technology in tissue engineering
Shi Jing, Zhong Yu-min (Center of Imaging Diagnosis, Shanghai Children’s Medical Center, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200127, China)
Abstract
BACKGROUND: Three-dimensional bioprinting technology is the emerging technology in recent years, which is one of the branches of tissue engineering. The three-dimensional bioprinting technology has been used in the reproduction process of in vitro tissues and organs, which has achieved surprising outcomes.
OBJECTIVE: To review the three-dimensional bioprinting technology in terms of its principles, operating steps, relationships with tissue engineering, advantages and challenges, as well as clinical applications.
METHODS: The first author did a computer-aided retrieval of the PubMed database, CNKI database, and CQVIP database for articles relevant to three-dimensional bioprinting technology used in tissue engineering published between January 2000 and October 2000. The key words were “three-dimensional bioprinting, tissue engineering, rapid prototyping technology, scaffold materials, selective laser sintering, fuseddeposition modeling,
stereolithography” in English and Chinese. Repetitive studies were excluded, and 52 of 79 related literatures were adopted in result analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: Three-dimensional bioprinting technology is one of the branches of tissue
engineering, which can build a virtual three-dimensional structure layer by layer under the computer-aided design technology, with the help of imaging data information (including CT and MRI). This technology has the advantages of high precision, high building speed, fabrication on demand, and also has the challenges in
engineering mechanics and biological activities. In a word, it is a meaningful and promising technology in clinical application.
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/RCODEN: ZLKHAH www.
CRTER.org
石静，女，1982年生，江苏省苏州市人，汉族，上海交通大学医学院毕业，博士，主治医师，主要从事骨骼系统的影像学研究。
通讯作者：钟玉敏，上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心影像诊断中心，上海市 200127
doi:10.3969/j.issn.2095-4344. 2014.02.018[/retype/zoom/87090322fc4ffe473368aba5?pn=2&x=0&y=0&raww=131&rawh=53&o=png_6_0_0_668_51_70_35_892.979_1262.879&type=pic&aimh=53&md5sum=11338ac1ac98a462dd84784fb4c5389e&sign=79abcb6f30&zoom=&png=4705-9416&jpg=0-0" target="_blank">点此查看
石静，等. 组织工程中3D生物打印技术的应用 www.CRTER.org
Subject headings: imaging, three-dimensional; tissue engineering; stents; magnetic resonance imaging; computer-aided design
Shi J, Zhong YM. Three-dimensional bioprinting technology in tissue engineering. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2014;18(2):271-276.
0 引言 Introduction
组织工程学是20世纪80年代末开始发展起来的一门新兴科学，它涉及到临床医学、生物材料学、细胞生物学、分子生物学、生物工程等一系列学科的交叉融合，其目的主要是体内或体外生成可替代性的组织和器官，以修复受损害的组织、器官的功能
[1-3]
。黄洁夫曾在《柳叶刀》上
发表文章称，中国每年大约有150万人因末期器官功能衰竭需要器官移植，但每年能够使用的器官数量不到1万，供求比例达到1∶150[4]
。与此同时，中国需要接受器官移植的患者数量还在以每年超过10%的增量扩大。而组织工程学的进步或许会为这些患者提供生存的希望。近年来，研究者将最先应用于工程领域的3D打印技术嫁接到组织工程学中，希冀利用3D生物打印技术进行体外组织、器官复制过程[5-8]
，并取得了一些令人惊喜的成果，现就3D
生物打印技术在组织工程中的应用作一简单概述。
1 资料和方法 Data and methods
1.1 资料来源 第一作者应用计算机检索2000年1月至2013年10月PubMed数据库(/retype/zoom/87090322fc4ffe473368aba5?pn=3&x=0&y=0&raww=131&rawh=53&o=png_6_0_0_667_51_71_35_892.979_1262.879&type=pic&aimh=53&md5sum=11338ac1ac98a462dd84784fb4c5389e&sign=79abcb6f30&zoom=&png=9417-14128&jpg=0-0" target="_blank">点此查看
石静，等. 组织工程中3D生物打印技术的应用 征
[12-13]
：①良好的生物相容性。②适中的生物降解性。③具有诱导或引导组织再生的能力。④具有一定的生物力学强度与可塑形性。⑤无毒性与无免疫原性。⑥具有合适的孔径，利于细胞黏附生长等特点。
早期的支架构建采用单纯的铸造技术，尽管可以形成多孔，但孔径的大小无法与细胞相匹配，无法根据计算机辅助成型技术事先确定支架内部结构及细胞与孔径间的连接。如今，最初用于制造业的模具开发和制造的快速成型技术解决了这一难题
[14-17]
。快速成型技术是
多种三维构建技术的总称，又称为立体自由构建[18-22]
，
其方法主要是先利用计算机辅助成像技术虚拟构建出三维数字结构，再依此数字化模型，以逐层加工的模式逐步构建出所需的三维组织实体结构。以下简单介绍几种快速成型技术。 2.2.1 选择性激光烧结
[23-26]
选择性激光烧结是使用
激光发热将聚合物颗粒熔融烧结为所需的形状的一种生产制造技术。激光束扫描聚合物粉末，使局部表面温度升高，引起聚合物颗粒逐层烧结形成所设计的结构。选择性激光烧结的分辨率受到激光束直径的限制。改进选择性激光烧结加工工艺主要包括使用更小的激光束直径，更细的粉末，更薄的烧结层，从而生产出分辨率更高的支架，扩大支架的表面积，有利于细胞的生长。 2.2.2 熔融沉积成型
[27-29]
熔融沉积成型是将热熔性
材料加热熔化，通过喷头挤喷出来，随即与前一个层面熔结在一起，逐层沉积直至形成三维支架。该项技术的局限性在于其Z轴方向的运动有限，不利于三维构建，此外，用于熔融沉积成型的材料对其熔点和加工条件有较严苛的限制。 2.2.3 立体光刻技术
[30-32]
立体光刻技术是以光敏树
脂为原料，紫外激光器发射激光，在光树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层发生光聚合反应而固化，形成一个薄层，一层固化完毕后，工作台下降一个凝固层的厚度，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地黏在前一层上，如此反复直到三维构建完成。其局限性在于细胞支架都是树脂类材料，不具有生物可降解性。
2.2.4 3D生物打印技术 以上几种立体自由构建技术，虽已取得了很好的效果，但其均不能够同时将细胞和支架材料同时构建为组织模型。而最初用于制造工业的打印设备为研究者提供了灵感：将打印机的墨水盒内按需装入配比好的混入种子细胞的液态材料，组成“生物墨水”，甚至可以依据彩色喷墨打印机具有不同颜色的墨盒槽的原理，选择不同的细胞、营养成分、支架材料等按不同配比装入不同的色槽，从而构成“彩色生物墨水”，实现按需的组织学装配。尽管生物大分子容易受到酸、碱、热等理化因素的因素发生变性，但有研究者已经成
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功地利用气泡打印机将DNA寡核苷酸链打印到玻璃表面形成微矩阵
[33]
，Boland领导的研究小组使用改装的
普通喷墨打印机成功地将生物细胞打印到基质上，并先后完成了从细胞打印到器官打印的开创性研究[34]
。
2.3 3D打印技术的优势和难题
2.3.1 3D打印技术相较其他快速成型技术，具有如下优势 ①高精度：即分辨率高。该技术可以精确控制墨水喷射位置和墨水的量，有利于生物显微结构的建立，有利于局部痕量供给生物活性因子及药物，从而有利于控制组织的局部生长发育。②可以同时打印种子细胞和支架材料，更利于整体三维结构的构建。其可以使用多颜色墨盒的原理，从而实现同时打印组织/器官内的不同组分，使用不同的细胞、细胞外基质和生物活性因子，并且使用精确的配比。③构建速度快：能够快速的制造生物组织/器官，保证了生物材料的存活率，从而显著有利于再生医药、器官移植等未来医学领域。④可以按需制造出符合个体需求的单个器官或组织，真正实现医学的个性化需求。⑤3D生物打印使用的种子细胞是来自患者自己身体的细胞，所以可以从根本上解决其他组织工程易发生的排异反应。
2.3.2 3D组织/器官打印技术尚处于起步阶段，还有很多问题需要解决 ①力学方面：喷射过程中的剪切力和液滴的冲击力会对打印细胞液活性造成冲击。因此，“生物墨水”的配制必须符合流体力学的要求，包括黏滞性、密度、表面张力等重要参数
[35]
。这些因素均可造成细胞
的损失影响细胞的存活，从而不利于体外的培养。同时打印前，打印过程中均要求所打印的细胞或分子保持液态，而打印后又要求其必须立即凝固，以维持黏弹性状态。这种液态到固态的变化必须保证不引起细胞、生物活性因子以及其他微粒的损伤，这也对3D打印的发展提出了相当大的挑战。②生物支架材料：生物支架材料要解决的问题有：支架材料的可降解性及降解速率；材料的机械力学强度；支架的最适孔径和孔隙率
[36-37]
。适
度的生物降解速率，指该降解速率需和组织再生的速率相匹配，最后可完全吸收或可安全排出。合适的孔尺寸、高的孔隙率(90%)和相连的孔形态，对于大量细胞的种植、细胞和组织的生长、细胞外基质的形成、氧气和营养的传输、代谢物的排泄以及血管和神经的内生长起着决定作用
[38]
。虽然，支架的最适孔径尚无定论，但学者
还是公认，几十到几百微米的孔径对于细胞的迁移和长入支架内部通常认为是必需的
[39]
。支架孔径过小，不利
于细胞的穿透，培养的细胞经过很长的时间，仍然依附于支架表面，未能穿透到支架内部。支架孔径过大，不利于细胞的黏附和铺展，同样会妨碍细胞生长。解决此问题的一个方法是用纳米纤维与微米纤维共同构建支架材料
[40]
。纳米纤维为细胞的黏附和生长提供合适的表
面形态，利于细胞在支架上的黏附与生长，微米纤维提
273
石静，等. 组织工程中3D生物打印技术的应用 供整体的环境，利于细胞渗透到支架内部。所以微/纳米复合纤维支架应用于组织工程具有很大潜力
[41]
。目前国
内外研究的支架材料种类众多，但归纳起来可分为两大种类：一类是天然生物衍生材料，如脱钙骨基质、壳聚糖、藻酸盐凝胶等；另一类是人工合成生物高分子材料，主要有羟基磷灰石、磷酸三钙、生物活性玻璃等无机材料和以聚乳酸及其共聚物等为代表的有机材料。这些支架材料都各有其优缺点，传统的支架往往是单一的有机物或无机物，但其往往不能同时满足3D打印的需要，因此，现在的研究方向是发挥不同材料的优势，弥补单一材料的不足，制造出各种复合支架材料。③生物学方面：3D打印过程中必须优先考虑的问题就是如何保持细胞的活力以及产品的塑形
[42-44]
。组织/器官打印必须处
理好的几个生物学问题包括：A.所选择的打印方法对细胞和DNA既无毒性，也不会引起不可逆的损伤，在整个打印过程中都要求是无菌化的。B.打印的构建物可以快速成型，成为有凝聚性的、具有机械稳定性的三维结构，不能在打印后出现溶解或坍塌。C.打印的构建物可以进行体外培养、增殖、分化、发育等后处理过程，要求构建模型是具有组织/器官三维特征的，能够模拟组 织/器官特异性的微结构和微环境。D.构建的组织/器官的再血管化问题也非常关键，它是构建组织/器官成活的关键，血管可以及时为种子细胞提供其成活所必需的营养，并且可以排泄代谢废物。 2.4 3D生物打印技术的临床应用
2.4.1 人造毛细血管 德国的Gunter Tovar博士已经利用3D打印技术制造出人工血管
[45]
。虽然早在20世
纪50年代，人造血管就已经被研制成功，但仅限于大动脉血管，对于直径在6 mm以下的静脉血管或者毛细血管的研究上，一直没有取得突破性进展。主要原因是，人造毛细血管不仅需要足够细小，而且还要有能和真实血管媲美的弹性和生物相容性。德国科学家用3D打印双光子聚合和生物功能化修饰制作出的毛细血管，具有良好的弹性和人体相容性，不但可以用于替换坏死的血管，还能与人造器官结合，有可能使构造的组织/器官实现再血管化。
2.4.2 人造骨骼 人体骨骼形态极不规则，个体形态 差异较大，因此，成批制造人工骨骼意义不大，而个性化定制人工骨骼在临床应用中有广泛需求。
瑞士伯恩塞尔医院的Christian Weinand领导的研究小组成功复制了他自己的拇指骨
[46]
。解放军第三军医
大学西南医院关节研究中心已经拥有自己的立体打印骨骼的三维打印机。该科王富友博士用其打印了教学实体器官，还用打印出来的“人造器官”为患者讲解手术方案，未来有望用于人体实验。
3D打印用于人工骨的构建时，根据使用材料的不同，可以分为3种工艺：①黏结材料三维打印所用喷头
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大多为压电式喷头，易造成喷嘴阻塞，且其黏结剂的添加会影响骨骼材料的生物活性，因此，该技术不能应用于成形人体骨骼。②光敏材料三维打印运动方式最为简单，喷头选择性地喷出实体材料和支撑材料，可在室温下操作，是理想的骨骼打印方法，其局限性在于当前广泛用于骨骼构造的生物材料是羟基磷灰石，其自身不是光敏材料，所以必需与光敏材料混合使用，从而影响了骨骼的生物活性。③熔融材料三维打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有机盐配置而成的骨水泥，不需要添加黏合剂或光敏介质，有利于维持细胞的活性；由螺杆挤压式喷头喷射成形，不会造成阻塞现象；不需要紫外光照射固化，只需要惰性气体迅速冷却即可，使其可在室温下操作。因此，该技术成为人体骨骼3D成形领域的主导方向。上海交通大学、西安交通大学、清华大学的研究者们在此技术上均取得了不同程度的成 果
[47-49]
。
2.4.3 口腔医学 类似于人体骨骼，牙齿的形态、结构亦相当复杂，组织结构构成多样，为了适应牙槽的结构，牙齿生长及发展变化的趋势亦完全不同，因此，用传统的组织工程技术进行牙再生存在众多难以解决的问题。而三维生物打印技术是可以进行计算机辅助成型技术设计的，以满足个性化生产的需求，因此，三维打印技术在口腔医学也有着广泛的应用。
北京大学口腔医学院薛世华等
[50]
已经成功进行了
人牙髓细胞共混物的三维生物打印。该课题组采用酶联合消化法原代培养人牙髓细胞作为种子细胞，海藻酸 钠-明胶水溶胶作为支架材料，进行三维打印。打印后，将获得的三维生物打印结构体浸入完全培养基进行后加工培养。经评测，打印后的细胞体存活率可达(87±2)%。该研究表明生物打印技术在人牙齿组织工程中应用的可行性，未来有望应用于牙再生工程。
据百度网页新闻搜索得知，Objet公司与3Shape公司日前宣布，两家公司已合作研发出牙科领域的三维修复方案。此方案将Objet Eden系列三维打印机与3Shape Dental System 2010进行无缝整合，完成牙科领域的三维修复设计和三维原型制作。它涵盖了从三维印模扫描、应用3Shape Dental System完成计算机辅助成型设计、运用3Shape CAM bridge专属CAM软件编辑/修复三维数据，直至在Objet Eden系列三维打印机上完成最终生产和制作等一系列的工作流程。
3 讨论 Discussion
组织工程学经过近30余年的发展，已经取得了长足的进步，从早期的静态培养模式，到后来应用生物反应器促进细胞生长[3]
。近年来，研究者越来越重视细胞局部微环境和组织局部微结构对细胞生长、发育的影响，促使研究者利用仿生学等原理，着眼于体外构建适
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石静，等. 组织工程中3D生物打印技术的应用 合组织细胞生长的显微结构，尽可能地模拟体内环境，从而协调不同细胞的增殖、分化、迁移和凋亡等。因此，组织工程学的关键在于构建一个能够维持细胞活力、利于细胞营养输送的三维微环境，并且该微环境能够提供足够的机械强度，便于不同细胞间的信号传导
[51]
。
组织工程构建最关键的原材料是种子细胞和支架材料，而最初用于制造工业的快速成型技术将二者可以融合起来以完成三维构建目的。快速成型技术是多种三维构建技术的总称，包括选择性激光烧结、熔融沉积成型、立体光刻技术以及3D生物打印技术。因此，3D生物打印技术是组织工程学构建的一个分支学科。
归纳起来，3D生物打印就是借助影像技术(CT、MRI)资料的辅助，应用CAD技术虚拟出组织或器官的三维结构，然后将这些三维实体模型数据分为片层模型数据，快速成型机根据这些数据，利用相应的材料，逐层创建出实体，每一个薄层都贴敷到前一个，直到完成整个实体的构建
[52]
。因此，3D打印可以分为3个基本步骤：前
加工即组织/器官模型文件的设计开发；组织/器官的打印；后处理即拥有生物活性和形态的组织/器官的加工成熟(即增殖)。
比起其他组织工程学的体外构建技术，3D生物打印技术具有精度高、构建速度快、可按需制作，以满足个体化医学治疗的需求、排异反应低等优势。同时也面临不小的挑战，包括生物力学方面、支架材料的选择、无菌环境的保证、打印构建物的成型、打印构建物的血供、打印构建物的长期存活等。因此，3D生物打印技术目前还不是一项完全成熟的技术，还需要研究者的不懈努力及攻关，目前还未能广泛应用于临床。
尽管如此，国内外不少研究中心及实验室已经广泛进行了3D生物打印技术的临床实验，其最多应用于骨与软骨组织工程，另外在口腔医学、美容医学等各个临床领域也都开花结果。
总之，三维生物打印技术是组织工程学三维立体结构构建技术中的一种，其有广泛的应用前景，是当前生命科学领域、材料学领域、工程学领域、药学领域等多学科研究的热点。如果“生物打印”技术成熟，也许在未来的几十年间，人体器官就能够被随时替换，从而延长人类的生命周期。但其未来发展的路还很遥远，它的发展，它所面临的问题，必然需要各学科的共同努力，需要各学科的整合，各学科的突破，才能够最终实现。
致谢：感谢通讯作者的鼎力支持，感谢家人在工作上的理
解和支持。
作者贡献：第一作者和通讯作者构思并设计综述，分析并
解析数据，2位作者共同起草，经通讯作者审校，第一作者对文章负责。
利益冲突：文章及内容不涉及相关利益冲突。
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伦理要求：无涉及伦理冲突的内容。
学术术语：RP技术-即快速成型技术，是多种三维构建
技术的总称，又称为立体自由构建。其方法主要是先利用计算机辅助成像技术虚拟构建出三维数字结构，再依此数字化模型，以逐层加工的模式逐步构建出所需的三维组织实体结构。
作者声明：文章为原创作品，无抄袭剽窃，无泄密及署名
和专利争议，内容及数据真实，文责自负。
4 参考文献 References
[1] Langer R.Tissue engineering: perspectives, challenges, and
future directions. Tissue Eng. 2007;13(1):1-2.
[2] Liu M, Liu N, Zang R, et al. Engineering stem cell niches in bioreactors. World J Stem Cells. 2013;5(4):124-135.
[3] 赵宇,于淼,柏树令.脱细胞技术及其在组织工程中的应用研究进展[J].中国修复重建外科杂志,2013,27(8):950-954.
[4]
Huang J, Mao Y, Millis JM. Government policy and organ transplantation in China. Lancet. 2008;372(9654):1937-1938.
[5]
Ozbolat IT, Yu Y. Bioprinting toward organ fabrication: challenges and future trends. IEEE Trans Biomed Eng. 2013;60(3):691-699.
[6]
Partridge R, Conlisk N, Davies JA. In-lab three-dimensional printing: an inexpensive tool for experimentation and
visualization for the field of organogenesis. Organogenesis. 2012;8(1):22-27.
[7] Xu C, Chai W, Huang Y, et al. Scaffold-free inkjet printing of three-dimensional zigzag cellular tubes. Biotechnol Bioeng. 2012;109(12):3152-3160.
[8] Jakab K, Norotte C, Marga F, et al.Tissue engineering by self-assembly and bio-printing of living cells. Biofabrication. 2010;2(2):022001.
[9] 王雪莹.3D打印技术与产业的发展及前景分析[J].中国高新技术企业,2012,(26):3-5.
[10] 房瑞,许零.组织工程皮肤支架材料和种子细胞的研究进展[J].中国组织工程研究与临床康复,2009,13(47):9329-9333. [11] Credi C, Biella S, De Marco C, et al. Fine tuning and measurement of mechanical properties of crosslinked
hyaluronic acid hydrogels as biomimetic scaffold coating in regenerative medicine. J Mech Behav Biomed Mater. 2013; 29C:309-316.
[12] Panetta NJ, Gupta DM, Longaker MT. Bone tissue
engineering scaffolds of today and tomorrow. J Craniofac Surg. 2009;20(5):1531-1532.
[13] Ku KC, Lee MW, Kuo SM, et al. Preparation and evaluation of collagen I/ gellan Gum/β-TCP microspheres as bone graft substitute materials. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2013;2013:6667-6670.
[14] Yeong WY, Chua CK, Leong KF, et al. Rapid prototyping in tissue engineering: challenges and potential. Trends Biotechnol. 2004;22(12):643-652.
[15]
Lantada AD, Morgado PL. Rapid prototyping for biomedical engineering: current capabilities and challenges. Annu Rev Biomed Eng. 2012;14:73-96.
[16]
Cao P, Duhamel Y, Olympe G, et al. A new production method of elastic silicone carotid phantom based on MRI acquisition using rapid prototypingtechnique. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2013;2013:5331-5334.
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生物打印篇二：八大生物3D打印材料及其应用解读
八大生物3D打印材料及其应用解读
在这个时代里，一些神奇的事物将横空出世。你只需要拥有一台打印机，就可以使用塑料、金属、巧克力等各种材料来打印出你想要的任何东西，如模具、个性化产品、飞机零部件甚至是人体器官。人们渐渐被这种神奇的机器所吸引。这种热潮导致在亚马逊、百思买这样的购物平台也能随处可见3D打印机及耗材的身影。
如今，3D打印正由工业化用途越来越趋向于民用化用途。对于耗材，人们要求它更环保，更健康，而生物材料恰恰可以满足这种需要。在3D打印耗材领域，生物材料的应用已经出现。这篇文章将简要阐述生物塑料在目前3D打印方面中的应用。
1、PLA(聚乳酸)
PLA是一种可生物降解的热塑性脂肪族聚酯，它来源于可再生资源如玉米淀粉、甘蔗等。
在熔融沉积制造(FDM)打印机中，PLA线条打印出来的样品成型好，不翘边，外观光滑。除此之外，它最大的优点还在于它的环保性，打印无气味。因此，它常常作为课堂上打印教具的材料的不二之选。小朋友可以天马行空的打印出自己想要的东西。因为它是无毒无害，家长不需要有任何担心。
目前科学家也在积极地研究PLA在SLS打印机中的应用。例如来自新加坡南洋理工大学的Tan K H等在应用SLS技术制造组织工程支架方面的研究中，采用SLS技术成形生物可降解的高分子材料，聚L-乳酸(PLLA)，制造了高孔隙度的组织工程支架，并对该支架进行显微镜组织分析，发现其具有生长能力。
2、PVA(聚乙烯醇)
PVA或聚乙烯醇是一种可生物降解的合成聚合物，它最大的特点就是它的水溶性。
作为一种应用于FDM中的新型打印线条，PVA 在打印过程中是一种很好的支撑材料。
在打印过程结束后，由之所组成的支撑部分能在水中完全溶解且无毒无味，因此可以很容易地从模型上清除。全球打印耗材知名生产商易生(Esun)已推出的PVC水溶性支撑材料在国内乃至国际都获得一致好评。在打印过程中，其与PLA耗材的配合堪称完美。
3、PHA(聚羟基脂肪酸酯)
PHA是一种以植物为原料的生物基材料，这种生物基材料具有可降解的特性。由于它无毒无害，目前它常常被用来制作医学器具、食品包装袋、儿童玩具、电子产品外壳等。
回收时，由于它的可生物降解性，我们只需要像掩埋食品垃圾一样将其掩埋，它便可在土壤中自然降解。不仅如此，它在淡水和盐水中也能像在土壤中安静降解，并且不会留下任何颗粒物。
在3D打印应用方面，它的应用类似于PLA。人们可以将其制成线条应用于3D打印机，与PLA相比价格较高，并且加工窗口稍窄。
4、PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)
PBAT属于脂肪族-芳香族共聚酯，是己二酸丁二醇酯和对苯二甲酸丁二醇酯的共聚物，具有较好的延展性和冲击性能；此外，还具有优良的生物降解性。
在3D打印领域，因其突出的柔韧性和生物降解性，在桌面FDM打印机中将获得越来越广泛的应用。
5、PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯)
采用甘蔗乙烯生产的生物基乙二醇为原料合成的生物基PETG具有FDA认证，被用来制造饮料、食物和其他液体容器。出众的热成形性、坚韧性与耐候性都使PETG与传统PC、抗冲改性亚克力有所不同。PETG无须在热成型加工前进行预干燥处理，其成型周期短，温度低，成品率更高。并且，它可以保持产品的坚韧性，防止变黄。其内部含有的紫外线吸收剂可共挤成保护层，保护板材免受紫外线的影响。
易生研发人员指，PETG作为一种新型的3D打印材料，兼具PLA和ABS的优点。在3D打印时，材料的收缩率非常小，并且具有良好的疏水性，无需在密闭空间里特殊贮存。由于PETG的收缩率低，打印时使用或不使用加热床都行，在打印过程中几乎没有气味。易生推出的新品PETG将广泛应用于医疗用品、日用消费品、包装、薄膜、型材管材以及纤维等领域，其众多产品优势及环保可回收的特性，使得PETG产品具有更为广阔的开发应用前景。
6、PCL(聚已内酯)
聚已内酯(PCL)是一种生物可降解聚酯，熔点较低，只有60℃左右。与大部分生物材料一样，它也是符合FDA认证可食品接触的材料。人们常常把它用作特殊用途如药物传输设备、缝合剂等。同时，PCL还具有形状记忆性。
在3D打印中，PCL主要用于FDM打印机。由于它熔点低，所以并不需要很高的打印温度，从而达到节能的目的。同时，也由于熔点低使得它可以有效避免人员操作时的烫伤。目前业内人士正在着力研究PCL熔点低的优异特性，并且希望借助这种特性制造出儿童打印机。另外，因为其具有形状记忆的特性，它使得打印出来的东西具有“记忆”，在特定条件下，可以使其恢复到原先设定的形状。
前文中提到PCL材料可用于医学领域，在3D打印中，同样可以用在医学领域，比如把它用来打印心脏支架，业内人士也在探索其更多的可能性。
7、尼龙11
尼龙11化学名称为聚十一酰胺(生物基材料)，英文名称Poly
Undecanoylamide，简称PA11，是以蓖麻油为原料合成的长碳链柔软尼龙，具有密度小、强度高、尺寸稳定性强、化学性能稳定的特点，同时它还具有电绝缘优良等优点。
目前，它可用于汽车工业、电子电器工业、军械工业等；得益于它质轻、耐潮湿、耐虫蛀、耐腐蚀的特点，人们还可以把它应用于城巿煤气管道。这种管道施工方便，使用寿命长。由于它良好的耐低温性能，也可应用于食品工业，制作速冻食品的容器、各种包装材料、牛奶等液体食品的传输道。
在3D打印领域中，它可以用FDM打印机制作柔软的产品，例如泳衣。因为其柔韧性不至于在打印过程中被破坏，并且由于其密度大，也能满足泳衣必须防水的需求。
8、生物基TPU
新一代生物基热塑性聚氨酯产品(生物基TPU)可再生资源含量高达60%，具有优异的机械性能、冷绕曲性、抗水解性和良好的粘着力、耐
生物打印篇三：高三生物打印
济南外国语学校2009-2010学年度第一学期
高三质量检测生物试题（2009、11）
本测试卷满分100分，测试时间90分钟。
第 Ⅰ 卷（选择题）
一、选择题：（共50个小题，每个小题都只有一个选项完全符合标准，多选少选都不得分。每小题1分，共50分。）
1．下列化合物中，组成元素肯定不同的一组是
A．淀粉和性激素 B．氨基酸和核苷酸 C．脂肪和纤维素 D．ATP和RNA
2．使用适当试剂鉴别生物组织中的有机化合物时，必须进行沸水水浴加热的一组是
A．蛋白质和核酸 B．脂肪和还原糖 C．淀粉和RNA D．葡萄糖和麦芽糖
3．下列有关蛋白质和核酸的叙述中，不正确的是
A．蛋白质是生命活动的承担者 B．核酸是遗传信息的携带者
C．核酸和蛋白质在染色体同时存在 D．核酸和蛋白质空间结构繁多
4．烟草花叶病毒中，由A、T、G、C、U五种碱基参与组成的核苷酸共有多少种？
A．3种 B．4种 C．5种 D．8种
5．下列哪种细胞器在蓝藻细胞和小麦叶肉细胞中都能找到
A．叶绿体 B．染色体 C．核糖体 D．线粒体
6．正在分裂的大肠杆菌细胞和正在发生质壁分离的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞都不存在
A．染色体和中心体 B．细胞壁和细胞核C．核糖体和线粒体 D．液泡和原生质层
7．洋葱根尖成熟区表皮细胞通过渗透作用吸收的水分是土壤溶液中水分
A．与细胞内大分子物质结合 B．通过细胞膜的协助扩散
C．通过原生质层的自由扩散 D．通过液泡膜的自由扩散
8．下列关于根细胞从土壤溶液中无机盐离子的描述中，不正确的是
A．直接穿过磷脂双分子层B．与线粒体活动关系密切
C．吸收种类与膜蛋白有关D．受土壤温度变化影响
9．下列物质出入细胞不属于跨膜运输的是
A．胰岛B细胞分泌胰岛素 B．小肠上皮细胞吸收葡萄糖
C．叶肉细胞吸水水分 D．CO2从线粒体扩散进入细胞质基质
10．某同学选择韭黄进行色素的提取和分离试验，下列叙述正确的是
A．可以用蒸馏水代替丙酮提取色素 B．色素提取液没有颜色
C．分离色素不能采用纸层析法D．层析后的滤纸条上仍有色素带
11．突然改变环境中某一因素时，叶绿体中C3、C5、ATP、NADPH的含量会发生相应变化。能够同时导致叶绿体中C3含量升高、ATP含量降低的环境因素是
A．增加CO2供应和增强光照 B．停止光照和减少CO2供应
C．增强CO2供应和停止光照D．增强光照和减少CO2供应
12．某蛋白质的分子质量为a，氨基酸平均分子质量为b，该蛋白质形成过程中产生c分子水。下列叙述中，不一定正确的是
A．该蛋白质含氨基酸(a＋18c)/b个B．该蛋白质含有肽链[a＋(18－b)c]/b条
C．该蛋白质的合成场所是核糖体 D．该蛋白质的加工场所是内质网和高尔基体
13．下列关于细胞内ATP的叙述中，正确的是
A．马拉松运动时，细胞内形成ATP的能量主要来自无氧呼吸
B．举重运动员肌肉细胞中ATP的含量很高，可以集中分解供能
C．呼吸作用释放的能量部分转移到ATP，光合作用的光能全部转移到ATP
D．叶肉细胞和根尖分生区细胞中ATP的来源不完全相同
14．生物的代谢离不开酶的催化。下列关于酶的叙述中，正确的是
A．生物体内各种酶的组成单位都是氨基酸
B．生物体内的酶在37℃和pH接近7时催化效率最高
C．各种生物都能合成自身代谢活动所需要的酶
D．高温、过酸、过碱都能导致酶分子结构的改变
15．下列哪种物质不是肝脏细胞线粒体和叶肉细胞叶绿体共有的组成成分或直接合成和直接消耗的物质
A．DNA B．磷脂 C．蛋白质 D．葡萄糖
16．在充足光照和黑暗条件下，小麦叶肉细胞中CO2含量最高的部位分别是
A．叶绿体基质和线粒体基质 B．线粒体基质和叶绿体基质
C．叶绿体基质和叶绿体基质 D．线粒体基质和线粒体基质
17．下列叙述符合实际的是
A．在缺氧条件下，肌肉更容易疲劳 B．有氧呼吸释放的能量大部分转移到ATP
C．剧烈运动和平静时有氧呼吸转移到ATP的能量比值相同
D．无氧条件下，马铃薯块茎产生CO2的速度比小麦种子快
18．硝化细菌能够在缺少有机物的环境生存，并且有氧时代谢旺盛，缺氧时不能正常生存；蛔虫寄生于肠道内，排出肠道接触空气则马上死亡。下列叙述正确的是
A．硝化细菌具有线粒体，蛔虫细胞没有线粒体B．硝化细菌和蛔虫都没有线粒体
C．硝化细菌具有叶绿体，蛔虫没有叶绿体 D．硝化细菌较高等，细胞器种类多
19．下列哪种细胞的增殖具有周期性
A．初期胚胎细胞 B．洋葱表皮细胞C．次级精母细胞D．精细胞
20．衣藻属于低等植物，棉花属于高等植物，变形虫属于原生生物，它们都能通过有丝分裂增加细胞数目。在有丝分裂前期纺锤体形成原理相似的生物是
A．衣藻和棉花B．衣藻和变形虫C．棉花和变形虫D．无法比较
21．青蛙的红细胞和人的红细胞都来自造血干细胞的有丝分裂。它们的进行细胞分裂的情况是
A．都进行有丝分裂 B．都进行无丝分裂
C．都不能继续分裂D．前者无丝分裂后者不分裂
22．胚胎发育时期，人手五指的形成过程中发生了下列哪些活动？
①细胞分裂②细胞分化③细胞衰老④细胞凋亡
A．①②③ B．②③④ C．①②④D．①②③④
23．下列哪种材料适合用于观察细胞的有丝分裂
A．蛔虫的受精卵B．叶表皮细胞C．大肠杆菌细胞D．蓝藻细胞
24．制作有丝分裂装片时，不能用于对染色体染色的试剂是
A．詹纳斯绿B染液 B．草酸铵结晶紫C．醋酸洋红D．甲基绿染液
25．探究酵母菌细胞呼吸实验中，对3个保温瓶的处理情况分别是：A瓶注入煮沸后冷却的葡萄糖溶液，B、C两瓶注入未经煮沸的同样浓度的葡萄糖溶液；然后，向A、B两瓶加入等量的酵母菌培养液，C瓶加等量蒸馏水，并向A瓶注入液体石蜡覆盖满液体表面，最后用蓬松的棉花塞住瓶口。下列有关叙述不正确的是
A．C保温瓶的作用是作为对照 B．24小时后温度最高的是B瓶
C．A瓶中酵母菌不能存活D．煮沸的作用包括灭菌和去除氧气
26．观察动物细胞减数分裂最适合的材料是
A．输卵管B．输精管C．成熟的卵巢D．成熟的精巢
27.一个基因型为AaBb的卵原细胞在减数分裂过程中，产生了一个基因型为Ab的卵细胞。在不考虑基因突变及染色体交叉的情况下，则下列推断正确的是
A.联会时基因型为AaBb，四分体时期的基因型是AAaaBBbb
B.形成该卵细胞的次级卵母细胞的基因型是AaBb
C.减数第二次分裂形成的极体细胞的基因型是aB
D.减数第一次分裂形成的极体细胞的基因型是aaBB
28．四倍体西瓜有四个染色体组组，A1、A2、A3、A4互为同源染色体。所以称他们互为同源染色体是因为
A．它们的基因组成完全相同B．它们的形态大小完全相同
C．它们由一对染色体复制产生 D．减数分裂时能够两两配对
29．某一生物有四对染色体。假设一个初级精母细胞在产生精细胞的过程中，其中一个次级精母细胞在分裂后期有一对姐妹染色单体移向了同一极，另一次级精母细胞正常分裂。则这个初级精母细胞产生正常精细胞和异常精细胞的比例为
A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．0∶4
30．右图是一个哺乳动物细胞的示意图，下列关于右图的说
法中，不正确的是
A．该细胞在精巢和卵巢中都可以找到
B．该生物的正常体细胞含有两对同源染色体
C．该细胞所示分裂过程能够发生基因重组
D．该细胞分裂最终形成的细胞DNA含量只有该细胞的1/4
31．下列关于DNA分子和染色体数目的叙述，正确的是
A．有丝分裂间期细胞中染色体数目因DNA复制而加倍
B．有丝分裂后期细胞中DNA分子数目因染色体着丝点分裂而加倍
C．减数第一次分裂后期，细胞中染色体和DNA数目都不发生改变
D．减数第二次分裂过程中细胞中染色体与DNA分子数目始终不变
32．染色体结构变异有多种类型，这些类型的染色体结构变异都与 密切相关。
A.碱基对的改变 B.细胞分裂受阻 C.染色体断裂 D.着丝点分裂
33．卵细胞由卵巢释放后，从输卵管伞部向输卵管壶腹部运动。与这一过程无关的是
A.鞭毛的摆动功能B.卵细胞的放射冠功能
C.输卵管伞部的收缩 D.输卵管上皮细胞纤毛的协调
34. 在二倍体中，下列哪项一定不含同源染色体
A．有丝分裂前期的细胞 B．四分体时期的细胞
C．一个染色体组的染色体 D．减数第一次分裂后期的细胞
35．下图为脉胞霉体内精氨酸的合成途径示意图。
从图中不能得出
A．精氨酸的合成是由多对基因共同控制的 B．基因可通过控制酶的合成来控制代谢
C．若基因②不表达，则基因③和④也不表达
D．若产生鸟氨酸依赖突变型脉胞霉，则可能是基因①发生突变
36．现有一待测核酸样品，经检测后，对碱基个数统计和计算得到下列结果：
（A＋T）／（G＋C）＝1，（A＋G）／（T＋C）＝1根据此结果，该样品
A．无法被确定是脱氧核糖核酸还是核糖核酸 B．可被确定为双链DNA
C．无法被确定是单链DNA还是双链DNA D．可被确定为单链DNA
37．杂合体和纯合体最实质的区别是
A．杂合体是由基因组成不同的配子结合成的合子发育形成的个体
B．杂合体的体细胞中控制不同性状的基因一定不同，而纯合体则一定相同
C．杂合体的杂交后代一定出现性状分离，而纯合体的杂交后代稳定遗传
D．杂合体的自交后代都是杂合体，纯合体的自交后代都是纯合体
38．鸡的性别受性染色体控制，公鸡的性染色体组成为ZZ，母鸡的性染色体组成为ZW。在鸡中，羽毛的显色需要显性基因C存在，基因型cc的为白色。已知鸡的芦花斑纹由Z染
b色体上的基因B控制，一只基因型为ccZW的白羽母鸡跟一只芦花公鸡交配，子一代都是芦
花，如果子代个体相互交配。理论上，后代表现型分离比应是
①后代中公鸡和母鸡之比为：1∶1 ②芦花鸡中公鸡和母鸡之比为：2∶1
③公鸡中芦花和白羽毛之比为：3∶1 ④母鸡中芦花、非芦花、白羽之比为：3∶3∶2
A．①③ B．②④ C．①②③ D．①②③④
39．下列遗传物质的探索实验，哪一个没有证明具体的遗传物质是什么？
A．格里菲斯肺炎双球菌转化实验 B．艾弗里肺炎双球菌转化实验
C．噬菌体侵染细菌实验D．烟草花叶病毒感染实验
15151440．某人用含有N的培养基对大肠杆菌培养后，转移到不含N尽含N的培养基培养
1514后，得到的子一代大肠杆菌一半有N，一半只含N。可能的原因是
A．DNA分子复制时是母链和母链、子链和子链结合形成子代DNA
B．大肠杆菌的DNA分子是单链DNA
1515C．大肠杆菌在N的培养基中培养时间太短，DNA双链没有全部含有N
D．培养基被杂菌污染，子代大肠杆菌存在杂菌
41．甲磺酸乙酯(EMS)能使鸟嘌呤(G)的N位置上带有乙基而成为7-乙基鸟嘌呤，这种鸟嘌呤不与胞嘧啶(C)配对而与胸腺嘧啶(T)配对。某双链DNA分子中A占碱基总数的30%，用甲磺酸乙酯(EMS)能使所有鸟嘌呤(G)的N位置上带有乙基而成为7-乙基鸟嘌呤后进行复制，产生的两个子一代DNA中，其中一个DNA分子中T占碱基总数的45%，另一个DNA分子中G占多大比例？
A．15% B．20% C．30%D．无法确定
42.如图表示某细胞正在进行正常的减数分裂。有关图的叙述
正确的是
A．处于减数第一次分裂，有4个四分体
B．有四对同源染色体，8条染色单体
C．1和2﹑ 1和3之间均可能发生交叉互换现象
D．减数分裂完成，每个子细胞中只有2条染色体
43．如图是果蝇体细胞的染色体组成，以下说法正确的是
A．染色体1、2、4、5组成果蝇的一个染色体组
B．染色体3、6之间的片段交换属于基因重组
C．控制不同性状的非等位基因在减数分裂时进行自由组合
D．测定果蝇基因组时可测定1、2、3、6、7的DNA的碱基序列
44．甜豌豆的紫花对白花是一对相对性状，由非同源染色体上的两对基因共同控制，只有当同时存在两个显性基因（A和B）时，花中的紫色素才能合成，下列说法中正确的是
A．白花甜豌豆杂交，后代不可能出现紫花甜豌豆
B．紫花甜豌豆自交，后代中紫花和白花不会出现3:1的分离比
C．AaBb的紫花甜豌豆自交，后代中紫花和白花甜豌豆之比为9:7
D．若杂交后代性状分离比为3:5，则亲本基因型是AaBb和aaBb
45．下列说法中正确的是
①生物的性状是由基因控制的，生物的性别也是由性染色体上的基因控制的
②属于XY型性别决定类型的生物，雄性体细胞中有杂合体的基因型XY，雌性体细胞中有纯合体的基因型XX
③人类色盲基因b在X染色体上，Y染色体上既没有色盲基因b，也没有它等位基因B ④女孩若是色盲基因携带者，则该色盲基因一定是由父方遗传来的
⑤男人色盲基因不传儿子，只传女儿，但女儿通常不显色盲，却会生下患色盲的外孙，代与代之间出现了明显的不连续现象
⑥色盲患者男性多于女性
A．①③⑤ B．②④⑥ C．①②④ D．③⑤⑥
46．已知家鸡的突变类型无尾（M）对普通类型有尾（m）是显性。现用普通有尾鸡（甲群体）相互交配产生的受精卵孵小鸡，在孵化早期向卵内注射微量胰岛素，孵化出的小鸡（乙群体）就表现出无尾性状。为研究胰岛素在小鸡孵化过程中是否引起基因突变，可行性方案是
A．甲群体×甲群体，孵化早期不向卵内注射胰岛素
B．甲群体×乙群体，孵化早期向卵内注射胰岛素
C．乙群体×乙群体，孵化早期不向卵内注射胰岛素
D．乙群体×乙群体，孵化早期向卵内注射胰岛素
47．对于一个染色体组成为XXY的色觉正常的男孩，其双亲可能有如下几种情况 ①色盲的母亲和正常的父亲 ②色盲的父亲和正常的母亲(不携带色盲基因) 则关于以上两种情况，说法正确的一项是
A．属于基因突变，且两种情况都发生在精子中
B．属于染色体变异，前者发生在卵细胞中，后者发生在精子中
C．属于基因突变，两种情况都发生在卵细胞中
D．属于染色体变异，前者发生在精子中，后者发生在精子或卵细胞中
48．同一人的肾小管壁上皮细胞与小肠绒毛上皮细胞，细胞中蛋白质的种类和数量有很大差别。其根本原因是
A．核糖体结构不同B．细胞进行不同的基因重组
C．参与转录的基因不同 D．细胞生活的环境不同
49．控制两对相对性状的基因位于两对染色体上。具有相对性状的两纯合体杂交，子