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三維打印機正悄然開(kāi)啟新的科研領(lǐng)域

2012-07-26 14:01 來(lái)源：科技日報責編：王岑

摘要：: 目前，與3D打印技術(shù)有關(guān)的報道不時(shí)見(jiàn)諸報端，據報道，人們已經(jīng)使用三維打印機打印出了飛機模型、口味與日常食用肉相接近的肉類(lèi)產(chǎn)品等。

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　　【CPP114】訊：目前，與3D打印技術(shù)有關(guān)的報道不時(shí)見(jiàn)諸報端，據報道，人們已經(jīng)使用三維打印機打印出了飛機模型、口味與日常食用肉相接近的肉類(lèi)產(chǎn)品等。
　　
　　與此同時(shí)，科學(xué)界的業(yè)內人士也開(kāi)始關(guān)注三維打印機，并利用其打印出了從化石復制品到生物分子再到跳動(dòng)的心臟細胞等研究對象和材料。有科學(xué)家認為，三維打印技術(shù)的橫空出世改變了制造業(yè)的游戲規則。英國《自然》雜志網(wǎng)站在7月4日的報道中表示：三維打印機正潤物細無(wú)聲地開(kāi)啟新的科研領(lǐng)域。
　　
　　打印出化石模型
　　
　　瑞士蘇黎世大學(xué)的研究員克里斯托弗·佐里科夫見(jiàn)證了尼安德特人在現代社會(huì )的首次誕生。2007年，在他位于瑞士蘇黎世大學(xué)的人類(lèi)學(xué)實(shí)驗室內，他見(jiàn)到了一個(gè)嬰兒尼安德特人的骨架從一臺復印機大小的機器中緩緩“現身”，所有這一切只不過(guò)經(jīng)歷了20個(gè)小時(shí)的噪音、呼呼作響的馬達傳遞以及塑料切割。
　　
　　盡管一切看起來(lái)很簡(jiǎn)單，似乎手到擒來(lái)，但這個(gè)現代奇跡其實(shí)已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)冗長(cháng)的醞釀階段：佐里科夫團隊花費幾年時(shí)間從尼安德特人嬰兒那兒找到合適的骨頭，使用計算機斷層掃面設備對其進(jìn)行了分析并使用數字化方法在計算機上將這些骨頭在計算機屏幕上縫合在一起。不過(guò)，制作模型的最后一步的確比較簡(jiǎn)單，佐里科夫只是按下實(shí)驗室耗資5萬(wàn)美元的三維打印機的“打印鍵”就做到了這一點(diǎn)。
　　
　　作為使用三維打印機開(kāi)展科學(xué)研究的先鋒人物，早在20年前，佐里科夫就開(kāi)始使用一臺三維打印機模型進(jìn)行研究，與現在的設備相比，這種模型售價(jià)昂貴而且會(huì )用到有毒的材料和溶劑，諸多限制讓大多數科學(xué)家望而卻步。但世易時(shí)移，現在更新、更便宜的三維打印機慢慢進(jìn)入主流。就像一臺噴墨打印機能在紙上逐行噴灑墨水一樣，很多現代的三維打印設備能將材料（通常是塑料）一層一層噴灑在表面上，制造出一個(gè)物體的形狀。其他由一桶液體或者固體粉末狀塑料組成的熔融固體層則常常使用紫外線(xiàn)或紅外線(xiàn)來(lái)將其噴射在表面上。另外，有時(shí)候在臨時(shí)支架（這些支架后來(lái)會(huì )溶解或被鏟除）的幫助下，三維打印機可以打印出其他任何復雜形狀的物體。
　　
　　專(zhuān)注于跟蹤分析三維打印市場(chǎng)的沃勒斯聯(lián)合公司的首席顧問(wèn)兼總裁特里·沃勒斯表示，盡管工業(yè)系統使用的整套三維打印設備售價(jià)7.3萬(wàn)美元，但現在，一套個(gè)人用的打印設備的售價(jià)還不足500美元。沃勒斯指出，去年，全球大約銷(xiāo)售出3萬(wàn)套打印機，學(xué)術(shù)機構購買(mǎi)了其中的三分之一，平均售價(jià)為1.5萬(wàn)到3萬(wàn)美元。
　　
　　那些先行使用三維打印設備的科學(xué)家們目前正使用這項技術(shù)研究復雜的分子、制造實(shí)驗室工具、共享罕見(jiàn)的人造制品、甚至打印出像心臟一樣跳動(dòng)的心臟組織。在古生物學(xué)和人類(lèi)學(xué)的會(huì )議上，越來(lái)越多人都拿著(zhù)他們心儀的化石或骨頭的打印產(chǎn)品。佐里科夫表示：“任何把自己看做人類(lèi)學(xué)家的科學(xué)家都需要擁有計算機圖像和三維打印機，否則，就像遺傳學(xué)家沒(méi)有遺傳序列圖無(wú)法開(kāi)展工作一樣，不能算是名副其實(shí)的專(zhuān)業(yè)人士。”
　　
　　目前，這種打印產(chǎn)品正為我們提供一些使用更傳統的方法所無(wú)法獲得的信息。例如，尼安德特人的嬰兒化石相當罕見(jiàn)，因此，佐里科夫不想冒險使用常用的砂型鑄造法來(lái)對其脆弱的樣本進(jìn)行復制。然而，使用三維打印機打印出的產(chǎn)品，佐里科夫或許有望探究與尼安德特人的出生有關(guān)的情況。除了這幅嬰兒骨架，他還打印出了一個(gè)成年女性尼安德特人的骨盆。
　　
　　此前，有不少科學(xué)家猜測尼安德特人寬寬的臀部使得他們勞作起來(lái)比現代人更加容易，但是，借用打印出來(lái)的產(chǎn)品，佐里科夫的實(shí)驗證明，尼安德特人嬰兒的頭骨要比現代人更大，這就抵消了臀部寬這一優(yōu)勢。就像現代人一樣，尼安德特人的頭部最大，或許生來(lái)就是如此，這就讓他們能盡快發(fā)育。
　　
　　在佐里科夫的研究中，他將打印出來(lái)的模型和計算機圖片上的模型前后交換并進(jìn)行了仔細分析。計算機模型非常容易計算體積或將骨頭碎片拼接在一起，研究人員能將其放在合適的地方，沒(méi)有重力會(huì )導致它們下落。但是，他說(shuō)，如果使用這些虛擬的模型，“你會(huì )失去觸感，甚至會(huì )對化石的大小也會(huì )沒(méi)有什么概念。”他補充道，這種虛擬的物理學(xué)模型更適合查看碎片如何各就各位，放置在什么地方合適。
　　
　　分子的游樂(lè )場(chǎng)
　　
　　長(cháng)期以來(lái)，化學(xué)家和分子生物學(xué)家們都使用模型以更好地理解分子結構以及X射線(xiàn)和晶體照相術(shù)獲得的數據。DNA結構的發(fā)現者、1962年諾貝爾醫學(xué)獎獲得者、美國科學(xué)家詹姆斯·沃森和英國科學(xué)家弗朗西斯·克里克就在球和棍子結構的幫助下，最終發(fā)現了DNA的雙螺旋結構，這被普遍看作分子生物學(xué)時(shí)代的開(kāi)端。
　　
　　亞瑟·奧爾森表示，現在，科學(xué)家們開(kāi)始使用三維打印技術(shù)鑄造更復雜的生物系統的模型。30年前，奧爾森在加州斯克里普斯研究所創(chuàng )建了這個(gè)分子圖像實(shí)驗室。該實(shí)驗室包含有由成千上萬(wàn)個(gè)相互作用的蛋白質(zhì)組成的分子環(huán)境，這種環(huán)境其他方法根本不可能制造出來(lái)。奧爾森表示，使用三維打印機：“任何人都能定制出想要的模型”。但也并非每個(gè)人都這樣做，很多科學(xué)家不太那么容易獲得打印機，他們要么沒(méi)有想到使用三維打印機，要么買(mǎi)不起這種打印產(chǎn)品。