清華前沿高分子研究中心危巖：組織工程與3D打印的天然生物材料

主持人：下面有請危巖，清華大學(xué)、清華前沿高分子研究中心，演講的主題是：用于組織工程與3D打印的天然生物材料的研究進展。


    危巖：很感謝徐總，我爭取講快一點，我是在清華大學(xué)，然后是北大的本科讀碩士，然后在美國出去30年。2009年響應(yīng)國家中華崛起的號召回到了祖國，為國家服務(wù)。
    今天講一下3D生物打印，我可以省很多的時間，因為剛剛大家講了很多，另外我提出了一個概念，多維打印，不光是3D，超過3D，加上時間又是四緯，等一下我舉一些材料的例子。目標(biāo)就是多功能、智能化材料，和系統(tǒng)化產(chǎn)品，我覺得社會非常的重要，但是材料是核心。
    2013年我們在清華講了一個3D打印的事情，3D打印是很成熟了，非常老的一個技術(shù)，一九四幾年就有了。我是美國底特律一家汽車公司的顧問，當(dāng)年該是我們的光固化的方法做汽車模型的。但是為什么現(xiàn)在這樣熱呢？就是計算機技術(shù)的進步，尤其是奧巴馬是一個宣傳家，一講了之后就熱門了，大家就做。然后奧巴馬又宣傳其他的東西，腦科學(xué)，他宣傳之后，給一億美金我們科學(xué)院馬上跟上去；然后2015年奧巴馬要搞精準(zhǔn)醫(yī)療，我也拿了一大筆錢做精準(zhǔn)治療，到時候我們的精準(zhǔn)治療都可以3D打印。
    我們的科技部跟得特別的緊，1月份的美國弄了，科技部3月份就弄了。所以我在學(xué)校前天上課的時候問學(xué)生，我們國家的科技制度是誰制定的？大家異口同聲的說是奧巴馬。
    最早的是我們的高分子光固化的方法，這個是簡單的不得了，陶瓷也能夠打，當(dāng)時我們都是不把一個HP打印機拆了，2001年的時候，把墨盒灌上各種生長因子，然后我們的盧院士說要打飛機等等。
    講幾個故事， 一個是清華的張抗抗，當(dāng)時做博士的時候，汽車系，他說自己打，在老板的實驗室挑了一些然后在淘寶網(wǎng)上賣，打各種各樣的東西。  美國賣的最便宜的是1200美金，他說我賣的是2800人民幣。他現(xiàn)在做的非常的不錯，打蛋糕、燈罩、煎餅果子，非常的好
    （圖示）這個也是我的一個合作學(xué)生，在華南理工學(xué)院，他給一個公司用于3D打印筆，去年過圣誕節(jié)，我買了一百個送給小朋友做禮物，五歲到十二歲的小朋友用了很高興。然后完了以后，我們打印它就知道從點打印到線打印，打一個蘋果小七個鐘頭，速度非常的慢。他說用我們高分子同時打，這個埃菲爾鐵塔的話60分鐘就打出來了。然后這個學(xué)生用秸稈打了一個椅子，打了一個整整一個星期，很慢是吧？但是他把校長的頭像打到椅子說，校長高興得不得了。其他的不多講了，優(yōu)點什么的大家都看到了，我們打印衣服、汽車，王院士新科院士打飛機，打的非常的好，這些吸引眼球的東西天天都有。
     3D生物打印我一直在推薦這個網(wǎng)站，幾百頁，各種夢想都有。剛剛比如說徐總提出打血管，原理很好，但是不能用上去。 那么打心臟什么的，現(xiàn)在很多還是很遙遠的目標(biāo)，還有很多路要走。
    我們那邊開始打印，我們說先打骨頭的東西都是非常簡單的，都是在臨床上用的，骨瘤修復(fù)的，然后它搜集了一大批的CT，三打印的圖像，我們把醫(yī)院的CT搜集起來，馬上建模，可以打出不同的東西來，可以在臨床上做很多的東西。
    （圖示）這個是一個小朋友的頭蓋骨的修復(fù)，利用（英文）75%的頭蓋骨適用于PEEK高分子工程受藥修復(fù)的，第一次植入病人的。
    2015年4月23日我們在深圳聚會，籌辦成立國家三維，多維打印聯(lián)盟。在3D打印研究院、3D打印研究院、3D打印鎮(zhèn)，在義烏建了一個3D打印城。天天從村里到鎮(zhèn)里到鄉(xiāng)里，到省里，到國家都是3D打印。這些是時間玩意呢？是吸引眼球還是跟風(fēng)，對我們的國家提出的問題，讓我們回答幾個問題，我們專門開了大會，我們要幾十個頂級的使科學(xué)家、工程師，當(dāng)時提出問題的時候我們國家有沒有制高點，是不是又在跟風(fēng)？第二這個東西有沒有市場？有了這個市場，大家都要搶，打你的頭像，打你的貓都可以，但是你的賣的比人家貴得無形多，比如是打鞋，你可以打一雙鞋，人家熟練的工人在東莞的話做實銷，你賺不到錢，這時候還要賺錢呢？有沒有利潤，不然全部是吃國家的，騙了國家的錢，發(fā)改委的錢用完了你的公司就垮了。
    我們開過幾次會了，第一次在浙江海寧開的，當(dāng)時我拿到龍泉寶劍跟我們的同事說，我們要在當(dāng)下做事。然后在深圳開了三四百人，去年我們在安徽合肥規(guī)模也很大，我們進行了非常深入的討論，從硬件到軟件到材料。
    我的主要目的是什么做？3D生物打印機非常的好，現(xiàn)在賺錢的是硬件和軟件的開發(fā)，模具等等�，F(xiàn)在是賣機器的時候，當(dāng)然我們要買（英文）的時候，四千美金，現(xiàn)在便宜得不得了，你買的話白送你都可以，賺你什么錢呢？轉(zhuǎn)你的墨盒的錢，你每一次傷筋動骨的話，買一個墨盒就不得了。
    然后我們要做創(chuàng)新，要做可持續(xù)性的產(chǎn)品還是材料，我覺得創(chuàng)新性材料，方便快速打印出有多功能智能的個性化的產(chǎn)品。我們建議獻策的時候跟總理辦公室也講了，另外我們要講賺錢，你們的東西多貴啊。這些東西非常的漂亮，為了強大的國防，解放軍有的是錢，我們?yōu)榻夥跑娔軌虼�，肯定能夠賺錢。二月份在美國陸軍，他們已經(jīng)把3D打印機裝到大的坦克里面去了，現(xiàn)場缺零件，就金屬打印的。這個是解放軍，為了強大的國防，賺錢解放軍的錢。第二個為了人民的健康，賺病人的錢，現(xiàn)在人們的生活水平都提高了。第三個是為了下一代的教育，賺孩子的錢。第四個是為了更美麗的人生，賺女生的錢。 這個是科技、商、結(jié)合，官、產(chǎn)、學(xué)、研、商都有。
    2D打印是我們的平面打印機，噴頭或者說平臺往上。有三維就有四維，既然那個能夠叫四維的話，太多了，我再加上溫度就五維，然后加一個光就變形了。然后太多了，加上光電時，每一個東西都是可控的，得到智能材料。
    這個是最早的老師把這個作為例子，你打出一個東西來了，這個部分的材料是隨著時間伸縮的，這個是隨著時間膨脹的。
    （圖示）這是加熱冷卻的，已經(jīng)成型的材料，你可以做人工肌肉，這個是光響應(yīng)的，材料引用出來之后，一關(guān)燈就麾之即去，你可以想想在3D方面有多少的用途。我們看過一個電影《終結(jié)者》，你把它扭打成麻花了，它可以自己恢復(fù)原狀。
    這個是熱縮冷脹了材料，我們就可以設(shè)計盲人顯示器等等。然后你用熱光源，這個材料特別的有意思，做三維的東西，可以打一個雞出來，打一個鳳凰出來。一個材料預(yù)定成型，我一照光之后，這兩個地方是縱向生長，這個地方是橫向的，如果我不高興我可以重新的做，就跟編程序的材料一樣。
    我們可以打一個椅子，我希望一照光之后椅子腿就往下走。我們一直想要做爬行、智能材料，三維的，這樣做出來小爬蟲。
    各種復(fù)雜形狀都可以變成一個雪花狀，你要它哪個腳往下或者說往上都可以隨便的設(shè)計，弄成麻花一樣的，恢復(fù)到以前的形狀。而且可以焊接，兩個塑料片放在一起，這樣的話可以做出更復(fù)雜的形狀來。一照光之后，平面的物體和三維的物體，選擇性照光，小蟲子還可以往前爬，這個是液氮的溫度下。
    最后我們做水凝膠，我們現(xiàn)在的水凝膠是尿布濕，我們的水凝膠是一種的條件下是像果凍一樣的，但是我們的水凝膠，在一定的條件下是膠，然后你放了一些刺激源，各種硬的、軟的，透明的不透明的都可以做。而且這個膠我們現(xiàn)在做了很多層，一個是天然的產(chǎn)物，蝦皮產(chǎn)物加了一些東西在里面。我們設(shè)計了一個分子是PEG，也是SCFDA，美國FDA批準(zhǔn)的，頭上調(diào)的全基和氨基會形成稀疏堿，你要把它打開，就變成水一樣的，它一焦點就變成了膠了，所以我們有多重響應(yīng)性都達到了。
    這個是我最喜歡講的故事，這個是我們307醫(yī)院做的，解放軍醫(yī)院。當(dāng)時我們挑了一個難治愈的傷口，那個老先生85歲，嚴重的糖尿病，髖骨摔壞了，然后307醫(yī)院骨科做好了，但是躺在床上八個月，形成一個非常可怕的褥瘡。然后我們達成協(xié)議，通過倫理委員會批準(zhǔn)，就開始做工作。一開始這是一個褥瘡的都是尾骨，它是6厘米的大創(chuàng)口，兩厘米的深度做出來，然后用我們的水凝膠洗干凈敷上去封起來，效果是非常的明顯。開始是6厘米的傷口，7天、14天、21天、100天的時候，這個是傷口已經(jīng)是不到1厘米了，在107天完全的愈合，這個時候傷口已經(jīng)非常小了。所以我們非常高興的結(jié)果，后來我們又在西京醫(yī)院、301做燒傷、凍瘡，做了十幾例。
    我們可以把細胞放進去，發(fā)現(xiàn)細胞長得很好，而且通過打印頭之后，成活率是60%以上。打印頭之后，綠色是活的，紅色是死的。然后我們的教授做的非常了不起的工作，帶著我們的學(xué)生，做三維干細胞培養(yǎng)，這個是干細胞團在那里成長得非常的好，從兩百多個長成上千個，數(shù)據(jù)都有，等一下徐老師會跟大家講。
    然后我們還做了什么？就是在人體做了很多的過敏實驗，老鼠實驗。用電視機可以影響細胞和細胞的生長和干細胞的分化，這個就是我們的小董跟韓若（音譯）在北京創(chuàng)新園做的，專門設(shè)了一個小裝置，非常的有意思。
    這里講的很多東西，3D打印是班門弄斧，還有一些原則就是還有我們要做什么東西最好玩的東西。最后沒有講的就是精準(zhǔn)的治療，精準(zhǔn)治療納米顆粒，同時是診斷和治療效率一致的，現(xiàn)在正在把它用3D打印出來展示。
    第二我們做化妝品，第三做微創(chuàng)的手術(shù)，這個我們跟廣州的幾個醫(yī)院，它開了微創(chuàng)手術(shù)。
    最后總結(jié)的時候我們一定要在發(fā)展硬件的同時，一定要想到將來我們可持續(xù)繁榮發(fā)展的時候，多功能智能化的材料和個性化的成品，多功能的產(chǎn)品，智能化的產(chǎn)品，個性化的產(chǎn)品，那是以材料為主，材料是基本，將來增值的利潤也在那邊。
    感謝我們的學(xué)生，這個是我們的團隊，最后希望大家有機會到清華大學(xué)訪問和指導(dǎo)，我們一定歡迎！

嘉賓：我是來自南京鼓樓醫(yī)院的，我有兩個問題問一下，第一個，作為我們骨科來講，我們3D打印的髖關(guān)節(jié)，腰椎的金屬材料，這些都有一些模式的。我們一直在討論，生物打印它的盈利模式要很久。第二個關(guān)于褥瘡的問題，我自己有一個病人，我是連續(xù)給他換了三個月的藥，而且比這個長得更好。就是你所謂的水凝膠到支架跟我疤痕有沒有什么關(guān)系？我的時間比你還要早，水凝膠之間的很強烈的機制是什么？
   
    危巖：第一個問題很好，我們是硬骨頭、軟骨頭都做，我們現(xiàn)在做外面的度藥（音譯），金屬的塑料的都可以，如果用水凝膠的發(fā)展，就把水凝膠的硬度提高，我們現(xiàn)在做的化學(xué)。這些都不是問題，但是還有一些具體的問題，還有各種各樣的政策�，F(xiàn)在我們都是在解放軍的醫(yī)院里面做，都是走后門做的，因為患者要求的。他們307的老先生，跟每一個病人不一樣。這個老先生不行，八個月了還不行，你先把液體的藥物放在身體上，非常的有效。但是這體液的流失，駐留的時間短了。然后老先生一天換一兩次藥，護士很辛苦。后來用了我們的藥，一個禮拜換兩次。我們現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了藥，臨床醫(yī)生想玩我們的膠，只要你需要我們可以給你寄過去。
   
    嘉賓：我給危老師這邊一個（英文），徐總這邊問個問題。本月同樣在杭州開了一個會，有兩個院士團隊很隆重的提了4D打印的概念，我當(dāng)場提出了一個反對的意見，今天危巖老師也提了多緯的打印問題。
    我認為從物理的角度來講，多為打印是站不住腳的，只是打個比方，它從根本上來講就是3D打印，只不過打印之后隨著時間的變化或者是出現(xiàn)一個3D打印的材料。我們可以設(shè)想一下，假如我們把3D打印出來的時間響應(yīng)說成是4D的話，那么2D打印也是3D打印了。這樣從專業(yè)術(shù)語來講就混亂了，包括海外的教授、院士可能做報告的時候出于生動或者說其他的考慮，打了一個比方，但是我現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)一個非常大的問題，它對于青年學(xué)生，尤其是一批青年老師中，就開始趕時髦了，以為那是很正宗的一個專業(yè)術(shù)語，反而影響了一些變化
    這個時候一個需要有人說明對有一些時髦的提法是持不同的意見，不要因為他是國外的哪個教授，你就認為他了不得，應(yīng)該自己去考慮。二是當(dāng)然每個人有不同的權(quán)利，有不同的術(shù)語，你可以給他解決，但是至少我們應(yīng)該知道，應(yīng)該慎重的用，還有像危老師這種，打個比方，本來是很清楚的是什么意思，但是回來可以告訴別人，這個說法本來是這樣的，你用就用，免得對青年人他以為一個新數(shù)據(jù)，現(xiàn)在尤其是在我們的材料領(lǐng)域以（英文）作為代表的過于追求創(chuàng)造一些花哨的專業(yè)術(shù)語，實則是沒有這么多的問題。
    我想危老師是非常清楚這中間的情況，只是打了一個比方，但是我可能說明一下。還有后面關(guān)于徐總的，我倒覺得你提到了一個時時的監(jiān)控反饋，我覺得這個非常的好，這個還真的是從你們公司硬件來講是一個好的東西。你這個監(jiān)控用的是什么技術(shù)？
   
    徐總：我們現(xiàn)在用的技術(shù)是叫做OCT技術(shù)，因為水凝膠是一種高反射的材料，所以說我用這種OCT，但是我又有所調(diào)整，我用更長的光波，通過這個來探測它的光層差，通過這個光層差來探測這地方的密度，整個掃描下來我就可以在三維進行成像，用這種方式來進行時時的監(jiān)測。
   
    嘉賓：我倒期望未來有很好的產(chǎn)品。
   
    徐總：這套體系會在三個月內(nèi)正式的出原型，現(xiàn)在3D打印有一些很嚴肅的問題都沒有解決掉，一遇到跟生物結(jié)合，它的精度并不理想，這個倒是需要去改進的，還有它的精準(zhǔn)性仍然不夠，你剛才說的沒有改變精度的問題，但是它至少改變了精準(zhǔn)的問題，時而可重復(fù)性，能夠控制，如果能夠反饋的話，就能夠提高它的性能。
   
    嘉賓：都是靠反饋來報告的。
   
    嘉賓：但是他的分貝在保留一定量的情況下，它的分辨率達不到。  
   
    危巖：我們清華有一個叫做戴情海（音譯）教授，他評了兩次的院士。他說叫七維光學(xué)，計算攝影學(xué)，我們照相的都知道，老式照相機，你要把光圈調(diào)小，鏡伸就大；光圈條大，鏡伸就小。如果你照一張相，把所有的信息全部都包括，你要它鏡伸，前面你要看到習(xí)主席，他的臉色要很清楚。習(xí)主席后面照片看不到，一調(diào)看到習(xí)主席就是虛的。所有人都有，然后就不同頻率，不同色彩。那都是因為七維光學(xué)做攝影，我說你看光的頻率和光長一樣嗎？實際上光跟溫度有什么區(qū)別？我們就扣扣光，一加溫就變形了。
    我是這個意思，你想要滲透率，一半是打比方，一半還要很多東西落實的。
   
    主持人：謝謝，非常的精彩，我相信他們兩個人的爭論還沒有完，等一下中午的時候可以再探討一下。對于一個問題，張志軍教授，來自于中國科學(xué)院。
   
    張教授：我是做納米技術(shù)結(jié)合可支架材料做干細胞的功能操控的，今天聽了這個報告，我深受啟發(fā)，包括與臨床相關(guān)的東西，我們從材料設(shè)計的東西，一系列的問題不會產(chǎn)生這么多。我就問兩個問題，一個是針對設(shè)備的是徐總的，另外一個是材料，危教授幫我一下。
    先說設(shè)備的事，實際上不管哪種器官組織，絕大多數(shù)情況下，都不是均勻的，都不是對沖的，包括密度，各種功能都是很復(fù)雜的，在設(shè)備的研發(fā)過程中怎么樣做到這一點，后面徐總說了高沖量（音譯）的設(shè)備，一個程度能夠解決這個問題，但是你滿足廣泛應(yīng)用，我覺得還要很具體。
    再一個材料方面，打印出來生物相融性和細胞相融性，還有細胞的成活率還要高，不影響它的分化。目前的材料包括（英文）這些東西用得都很多了，我們有什么思路來解決新的材料來解決這方面的問題，國際上做的這方面的事。
   
   
    危巖：現(xiàn)在我們做材料做了幾十年，頭都大了。從一千發(fā)表到幾萬篇文章，但是如果說僅僅發(fā)文章，F(xiàn)DA絕對不會批的。我們越做頭越大，然后材料是非常神奇的。我們現(xiàn)在只能說調(diào)控，在一定的范圍內(nèi)做成，另外一個是做精準(zhǔn)化，我們下面看看聚焦的時候，能夠達到20個億，第二天我就買飛機票到深圳去看，是真的還是假的，那個到時候如果把靜電方式，但是做靜電紡絲工作沒有用。大家把進廠和靜電的紡絲跟3D打印結(jié)合起來，我們現(xiàn)在招了好幾個博士后，希望把這個事做成。
   
    徐總：通過多通道我可以不同的部位可以打印不同的材料，但是第一個階段通過多通道的方式，通過模塊化的方式，可以打印不同的材料，可以用不同的方式來打印，通量大一點，我可以做一個基底，我們用精度高的方式來配合，這樣不同的肌理來進行配合。至于說能否廣泛的應(yīng)用，我覺得應(yīng)用一定是逐步實現(xiàn)的，從我們的皮膚、軟骨等等這些方向，簡單的技術(shù)先開始。隨著技術(shù)的發(fā)展，會有更好的解決方案的出現(xiàn)，然后會把這些技術(shù)更新整合起來。
   
    主持人：上午從危巖教授的材料到徐教授的設(shè)備，再到劉晶教授的監(jiān)管、預(yù)測，再到付小兵院士整個國家大的策略的層面的規(guī)劃非常的成功。