3D打印技术在医学检测的应用

近年来，3D打印技术在生物医药方面得到广泛的应用，并且也取得了诸多成就。研究人员可以根据不同患者的需求，采用3D打印个性化的生物材料，比如助听器、假肢制造、骨科手术、人工关节、人工外耳和牙齿种植等等方面。而且随着技术的不断发展，3D打印技术也应用到医学快速检测方面，其中美国宾夕法尼亚大学（Upenn）的科学家们开发出了一种低成本的3D打印产品可以快速检测寨卡（Zika）病毒（图1）。据悉这个3D打印的检测装置只有一个苏打水罐大小，成本仅2美元，而且无需用电，也不用专业技术人员操作。患者只需提供一份唾液样本，当遗传分析检测到病毒存在时，装置中可变色的染料将变成蓝色，由于其携带方便，因此也能够在野外使用。

图1寨卡（Zika）病毒

国内某医院也将3D打印技术应用于创伤感染检测方面，传统的实时荧光定量检测方法需要集成庞大、昂贵、精密的光学设备，不适合战场创伤感染的现场快速检测。新兴的电化学方法、HNB比色法、浊度法都需要开盖操作，易造成气溶胶污染，检测灵敏度不高，结果不易判断。他们利用BMF的3D打印技术成功研发出一款密闭性便携式检测装置，能保证37℃条件下恒温进行扩增反应，并进行核酸检测。该装置（如图2所示）包括顶盖、底垫、反应管和检测容器，其中顶盖可以拆分，不漏液，底部圆锥体为尖锐硬质材质，底垫为韧性材料，可在外力作用下顶破反应管底部，使反应液和缓冲液进入检测容器中，使试纸条浸在扩增反应后液体中，通过试纸条上的颜色变化进行核酸检测。

图2 装置主要组成部件

为了保证在现场检测时底垫能够在受力下轻易破裂，保证观察液体能够混合，因此需要在该装置的底部设计一层薄膜（如图3红圈所示），厚度尺寸必须保证在0.05mm左右，使用传统的注塑加工方式，这个薄膜无法直接与装置成为一体，如果采用后期增加薄膜的方式，整个制造工艺就会很复杂，而且成本会增加很多，不利于大规模的推广使用，而采用3D打印的方式可以一体成型，成本也能够控制下来。

图3 薄膜位置

这层0.05mm薄膜的打印质量决定了此检测装置的使用效果，客户经过多方考察与对比，最终选择了与深圳摩方材料（BMF）合作，BMF做为微纳级超高精度3D打印的*导者之一，其颠.覆性精密加工能力得到客户的一致认可。其技术主要采用面投影微立体光刻（Projection Micro Stereolithography, PμSL）3D打印技术，非常适用于制作微尺度的复杂三维结构，有着高分辨率、高精度、跨尺度加工、适用材料广、加工效率高、加工成本低等诸多特点。

根据客户项目的具体需求，最终选择S140设备（图4）进行打印，这款设备光学精度达到10um，打印层厚10~40um，并且可以在同一个打印样品中，根据结构要求设置不同的层厚，提高打印效率，打印模型最大尺寸为94mm（L）*52mm（W）*45mm（H），而且其支持多种树脂材料打印，例如韧性树脂、耐高温树脂、生物医用树脂、柔性树脂等等，能够最大限度的满足不同客户的需求。

图4 S140设备简图

该装置是一个开创性的解决方案，并且是在医疗检测使用3D打印的一个重要示例。再次证明了3D打印技术将是医疗行业*的一部分。