3D打印技术尚不够好,4D打印技术重建头发能否实现?

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提起3D打印技术,那可是不少人心中的未来科技,看过那么多好莱坞科幻大片,里面的酷炫黑科技似乎也只有全息投影和3D打印真正实现了,而3D打印的优点众多,在医学上意义甚大。

虽说目前3D打印技术在临床医用上主要是器官重塑、骨骼重建等相对重大领域内,这是因为目前3D打印技术成本居高,做不到那么普遍,但是在理论上,采用这项技术重建头发是完全可行的。

其一,它是将产品一层一层堆叠塑造出来的(增材塑造),也就是相较于减材塑造,它避免了大部分的材料损耗,相较于成型塑造,它减少了模具成本。

翻译过来就是,这种技术很省原料,也无需开模,性价比很高。举个例子,比如要造十八罗汉佛像,采用减材塑造制造,需要使用更大体型的原材料,在其中抠出来佛,类似整石雕刻;成型塑造需要打造几副模具,浇出来几尊佛,不仅费工费时,而且成本高昂,又极易损坏。而3D打印可以直接在线打印佛像,大小可调,原料又省。

其二,它采用的材料多样,通过3D打印技术能缩短开发周期、降低成本。部分具有复杂结构的零件以往需要多台精密仪器配合制造,但现在可以通过3D技术一次成型。无论是器官移植、还是组织连接,这其中涉及到非常重要的一个环节,那就是连接,工业上我们可以焊接、水接、装配等,在连接处,难以保证物品的特性一致,这个问题在3D打印中就不存在,因为是整体打印,并不涉及组装,自由度非常高。

说了这么多,我们回到正题,既然3D技术这么好,为什么我们不用来重构头发呢?头发的结构也并不复杂:

毛发由毛干和毛根两部分组成。伸出皮肤外面的部分称为毛干,埋在皮肤内部的称为毛根。毛根周围包有上皮和结缔组织组成的毛囊,其四周含有丰富的血管和神经,基部增大呈球状,叫作毛球。毛球底部凹陷,内为富含血管和神经的结缔组织,称为毛乳头。

虽然相比其它重要器官,毛发并不十分复杂,但是这里有两个技术难点,以目前的3D技术还难以克服:

材料的稀缺性

毛干虽然基本由角蛋白构成,但是角蛋白的组合是分层的,要想让3D打印毛发的特性与天然毛发一致,首先用于打印的材料就是一大难点,在医学攻坚领域,对雄脱这样的对人体健康影响很小的课题并非主流研究领域,所以即便我们已经能够制造人造心脏、血管以及骨骼,但在毛发的替代品上暂时还没有什么新发现。

毛发的细微性大大增加了技术难度

毛发是很小的人体器官,现在的3D微打印技术虽有,但成本高昂,技术难度巨大,国外曾有研究采用3D打印技术重构果蝇复眼结构,效果一般,虽说毛发要比复眼大,但在宏观尺度上,并无区别。且对于雄脱患者来说,对毛发的需求量在几万到十几万根,抛开移植成活率不说,光是材料准备就是一项浩大的工程,而且如果我们是需要重制毛发,那么毛囊克隆技术要比3D打印更经济便捷。

尽管如此,但在3D技术不断发展且毛囊克隆技术仍未完善的情况下,采用这种技术重构头发的实用性仍在,突破口就在在3D技术基础上顺势发展出的4D技术。

目前看来4D技术有几个突破口,一方面是刺激响应材料与3D技术结合,一方面是3D+DATA的4D技术。具体区别是:前者是加入了时间这个因素,刺激响应材料会随着时间和环境刺激而发生形状变化,最终产品也会随着时间变化而变化;后者则是加入了数据这个要素,在3D的基础上进一步拓展。

从这个角度来说,4D打印技术重构头发,其实也是实现克隆的一种方式,在材料的适应性克服后,应用性很高。毛囊这一资源的不可再生性被打破的那天,我们就真正攻克了雄脱,人们的头发烦恼也将不在,期待那一天的到来~

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