3D打印的流体设备（顶端的长方形平板）

（A）打印前设计的结构图（B）3D打印的有机器皿设备

（B）（总容量为270微升）

（C）出于可视化的目的，其通道被染色。

（C）引入了样品的，含有链接管的完整设备（D）计算机模拟演绎的较

大型流体仪器（E）整合了连接管（其作用是使流体通过设备内部通道）的

3D仪器，薄膜插入物（membrane inserts）部分在仪器顶端露出。

1.1.6  3D打印在药物化学和生物化学上的应用

Gronin小组制造了一台专门用于药物有机合成的反应容器（总容量0.65毫升）的3D打印机，其通过连接管被直接与电子喷雾电离质谱（electrospray ionization mass spectrometry）相连,以便对合成的少量药物分子进行表征。这个反应容器以惰性聚丙烯为原料，通过FDM3D打印机被打印出来，其结构构型简易，类似平面。设备的尺寸大小为46.5mm*80mm,内部的特征直径为1.5mm。设备中反应液的流速一般被控制在62.5至312.5μL/min之间[22]。

另外一个来自Gronin小组用于有机合成的，被通过FDM3D打印技术打印的聚丙烯设备,其总量为3.9克，尺寸大小为25mm*50mm*3mm.它由一个反应室以及直径为0.8mm的椭圆形通道构成，其容量为60微升。在这个反应容器中由苯醛和苯胺反应生成的亚胺被用电子喷雾电离质谱成功地进行了表征。这些专门用于药物有机合成的反应容器几个小时就能被制备好，而且可反复使用。因为构成这种设备的材料达到毫米级，所以能有效避免有机物堵塞。通过3D打印方法制备的专门用于药物有机合成的反应容器被展示在图七A-C中。

最近，通过使用3D打印技术开发出的多通路设备的（1.5毫米深，3毫米宽的通道）相关研究进展情况已经被Spence小组公布，该种设备整合了连接管和薄膜插入物（membrance inserts）.该设备能够控制被培养在薄膜插入物上的细胞生长，进而对药物有机分子的运输速率起到调节作用。该设备以聚乙烯为原料通过喷射式打印机（jet-printer）被制备出来，其可反复使用，八个平行通道使液体通过量（throughputs）得到明显提高，其还整合了一些可以买到的较为便宜的零部件及注射器泵，这使得整套设备的组装和药物有机样品的传输变得更加便捷。例如，对于药品传输的研究而言，两种浓度范围在100至200nM的抗生素以1微升/分的速率流过一个培养细胞用的薄膜插入物下方的通道后，接下来就能从这个薄膜插入物上取样以便用质谱进行分析。设备上细胞的存活性能通过一个被内皮细胞染色了的死细胞来确定[23]。图9D-E展示了专门用于药品传输研究的3D打印的流体设备（fluidic device）。

通过使用立体光固化技术（stereolithography），一种电化学流细胞（electrochemical flow cell）已经被成功制备，其在不使用黏合剂的情况下能跟电极整合。细胞通道的尺寸为宽3毫米，长3.5毫米，高度190-250微米之间，细胞流速达到64ML/min.为了对流动细胞的质量运输（mass transport）进行表征，通过使用一个工作电极是金或多晶硼，以及一个被银线覆盖的氯化银类参比电极（quasi-reference electrode）的两电极设备来监督(二茂铁甲基)三甲基六氟磷酸铵的氧化情况。这样的设备对基于流动性测试结果所进行的细胞动力学分析有潜在影响。

1.2  3D打印技术在医用陶瓷制件领域的使用情况

长期以来，骨骼移植（bone grafts）一直被用来修复由外伤或疾病引起的骨骼缺陷，而骨骼移植又被分为自体移植（autograft）,同种异体移植（allograft）和异种移植（xenograft）。这些移植方法都存在着缺陷，自体移植在获取及成型方面有一定难度；而对于同种异体及异种移植，在移植手术之前，还需要对移植器官进行严格的预处理以便将疾病传播的几率降到最低。而同时，医学界也一直在寻找着理想的人工骨骼修复材料和替代材料，并在这方面积累了相当丰富的经验。从15世界延续使用至今的不锈钢及钛合金材料在强度，韧性，力学方面有着较为良好的性能；从20世纪末期发展而来的材料在生物兼容性，弹塑性及加工性能方面有着良好的性能。但这些材料均有一个共同的缺点，即他们都属于生物惰性材料，即移植入人体后无法与软组织或者硬组织很好地结合，这样很容易引起局部的组织坏死以及其他疾病。而自从70年代多晶羟基磷灰石问世以来，这种材料的研究进展得到了很快的发展。正如前文提到的那样，磷酸盐类生物活性陶瓷材料在医学工程领域（包括人工支架，骨缺损修复和口腔外科等）中得到了广泛的应用，该类生物活性陶瓷材料的主要成份是羟基磷灰石（Hydroxyapatite）Ca5(PO4)3(OH),简称HA.这类材料具有极高的生物相容性和生物活性，植入人体后易与机体组织及新生骨骼紧密结合，这主要因为其与人体骨骼，牙齿无机质的成份极为相似，对人体无毒，与有机体的亲和性极佳。而基于这种羟基磷灰石材料合成的人工骨骼和支架正得到越来越广泛的运用，为了达到最为理想的仿生效果，快速原型制造，尤其是3D打印技术受到极大的青睐。因为通过运用这种技术，能够很容易实现基于磷酸钙生物材料制成的人工骨骼和支架的复杂而又精准的3D结构，这改变了以往人工骨骼和支架多以简单的立体结构形式（如块状，颗粒状，针状和具有钻孔的凹槽等形状）存在的情况，进而使骨骼修复材料和替代材料变得更加的安全并且容易获得。同时，3D打印技术使用极为方便，可以直接将人为定义的，基于电脑CAD等软件设计的具有复杂内部结构的各种支架及人体骨骼在很短时间内打印出来。每种3D打印技术在该方面都有一定的优势和劣势。例如，就专门用于移植手术中的医用陶瓷支架而言，其制备方法有两种，第一种是直接将电脑CAD软件设计的立体结构基于理想的生物陶瓷材料通过3D打印机打印出来；第二种是间接方法，将一个负电性的模具作为模版并通过3D打印技术使制备的支架具有相互交联的细孔网络结构。这个模版被通过合适的材料浇注而成。之后，再通过高温分解，溶液溶解及熔化的方法将其去除。对于通过3D打印技术制造专门用于骨骼移植手术的，以羟基磷灰石（HA）或磷酸三钙（TCP）为主要原料的生物陶瓷支架和骨骼而言，一般所采用间接的制造方法。例如，以光敏环氧树脂为原料的铸模首先被通过立体光固化技术制造出来，然后在其上面浇注由羟基磷灰石和黏合剂混合物构成的浆液。最后将负电性模板在烧结炉里面热分解掉就形成了所需要的陶瓷支架。在热分解的过程中，正电性的羟基磷灰石得到了固化[24].另外一种间接制造法使用一种分配技术（dispense technique）：热塑性材料被用作一种能在低温下能变成液体的负电性模板材料，这样可以省掉烧结的步骤。