林峰教授现为清华大学机械工程系博导、副系主任(2010-),先进成形制造教育部重点实验室副主任,快速成形制造分室主任。他入选2006年度教育部“新世纪优秀人才支持计划”。同时,他还是中国机械工程学会特种加工学会快速成形技术委员会副主任委员,塑性工程分会锻压设备专业委员会委员。另外,他还担任Biofabrication期刊的编委会委员。发明论文70余篇,其中14篇为SCI收录。主讲课程包括:《产品设计与开发》、《机电产品设计设计与实践》、《生物制造工程原理与方法》。
11月中旬,林峰教授参加了东莞厚街举办的一个3D打印论坛,期间受邀接受了本报专访,深入解读了生物三维打印的发展热点、难点与前景,以下是采访详细内容:
《激光制造商情》:林教授,您的研究方向主要是重型液压机,材料快速成形以及生物制造工程,在快速成形方面您所在的团队主要发展了什么技术?请您介绍一下。
林峰:我所在的团队研究三维打印技术是比较早的,90年代初开始。开发过的工艺包括分层实体制造、FDM(熔融挤出成形)、SLS(激光选区烧结)、SLA(光固化)等。但是目前应用发展比较好的是FDM工艺。
另外,我们现在还在研究一些新的工艺,比如电子束选区熔化,也特别研究了激光微熔覆技术,是针对金属领域的。在生物材料方面,团队率先开展了生物人工骨的三维打印技术研究,其中一个有特色的就是低温沉积成形,就是材料在零下30或40°C下,把材料挤出成形做成分级多孔组织工程支架。还有一个就是细胞受控组装,或者称生物三维打印;现在还在开发的是高精度的细胞三维打印。
《激光制造商情》:生物工程是21世纪的热门科学,生物3D打印已经应用与假肢、牙齿、骨头等的制造,这些原来都是比较昂贵的,您认为3D打印会给生物制造带来什么影响?
林峰: 你提到的假肢、关节骨、牙齿之类,都是结构性组织,但是皮肤就不一样。前面的那些可以用金属材料来做,使用三维打印可以实现个性化定制。每个人的身体结构不一样、尺寸也不一样,人种也不同,根据受伤缺损程度要求替换的大小、形状也不一样。所以个性化的制造,利用三维打印是大有益处的。
生物上的应用,还有一种是需要有活性的。比如说皮肤,有人说很简单,但是人工制造皮肤覆盖上去,是需要有天然皮肤的各种功能的,如分泌汗液。它不是那种简单材料,比如拿张纸贴上去或者是普通薄膜覆盖表面那么简单。皮肤是一种活体,它是生物整体结构的一部分,它有生物细胞、组织、毛细血管以及一些附带的组成特征,这个用目前的三维打印还不容易做到,存在很大难度。
《激光制造商情》:您曾经提出,生物3D打印有四个层次,第四个层次就是制造人体相容的、有生命活性的成品,那么采用3D打印的器官要植入人体,并使它成为活体,最大的困难在哪里?
林峰:说到最大的困难,就以刚说的皮肤作为案例,它在人体上算是简单的结构,但仍然是包含了多种细胞的,另外还有非常微细的毛细血管,以及皮肤具有的特殊功能,它有汗腺,它要排汗。目前的技术来说,我们暂时没法做到排汗,因为汗腺的细胞与皮肤的细胞不一样,毛囊的细胞与汗腺细胞也不一样,所以,要做到皮肤这种非常精细、多细胞的生物结构,采用普通的三维打印目前还无法实现。
还有,要真正成为人体一部分,这一部分是活体,需要血管,而且也需要人体供应营养与水分,能够进来,也能够出去,实现能量和物质交换的生物体系。这个体系,目前采用我们的人工构造尚无法完成的。就一个血管网络已经是一个大难题,包括国外虽然说制造出了人工器官,但是事实上它的血管网络也是无法实现。
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《激光制造商情》:之前有报道说英国出现了采用三维打印对一个病人脸部皮肤的修复,这一技术以后在人体植皮上应用前景如何?
《激光制造商情》:3D打印为人造器官提供了广阔的想象空间,受传统观念影响,国内的人体器官捐献严重缺乏,那么以后如果能够打印器官,是否意味着基本不需要捐献器官?有没有这个可能?
《激光制造商情》:目前您在生物3D打印的科研成果,有没有哪些是已经与医学界合作开展了应用?有哪些案例?
《激光制造商情》:3D打印的制造原理为生物医学、药品制造打开了一个新的空间,未来这两个交叉学科要进一步结合发展,您认为发展趋势是怎样?
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