实验室里的生物3D打印（一）

随着3D打印机成本下降，研究人员开始使用3D打印制作包括实验室定制设备和人体器官在内的一系列东西。

莫斯科Zelinsky有机化学研究所（Zelinsky Institute of Organic Chemistry）的化学家Valentine Ananikov在构建一些非常精细的化学反应。反应中哪怕是混入了一颗小小的金属纳米粒子，实验结果也会大幅波动。鉴于此，他每次完成试验后，都要对反应容器进行深度的清洁。至少曾经一度是这样。但在2016年，Ananikov开始利用一种吸引了众多工程师和科学家的技术——3D打印——创造一次性反应容器，从而摆脱了清洁反应容器的繁琐工序。

在3D打印（也叫增材制造）中，3D计算机模型逐层转换为物理对象，就像做蛋糕一样。 使用该技术，Ananikov的团队就能在几天内制造定制化学反应器，相比之下，从外部供应商那里定制则需要等待数周，甚至更长的时间。更重要的是，3D打印塑料的成本非常低，以至于该实验室可以将3D打印出来的反应容器作为消耗品处理，一次性使用然后丢弃，无需清理。Ananikov指出，对于研究跨学科项目的实验室来说，3D打印现在是一种标准工具。

3D打印机已经被广泛应用于教育和创造创新物品。同时，它们也逐渐成为科学实验室的标准设备。研究人员可以使用它们来替换损坏的仪器部件，构建定制的样品架，或构建从生物分子到含油岩石的所有物件的建模。临床医生可以利用3D打印技术，创建植入物和教学模型。

3D打印有多种方式，最普遍的一种是熔丝成型（fused-filament fabrication, FFF），也称为熔融沉积建模。熔丝成型是一种将各种热熔型的丝状材料加热融化，通过喷嘴喷出，一次形成一层的3D打印技术。相比之下，较老的立体光刻印刷机使用液体光活化树脂罐，其通过激光硬化成精确的形状。相比于立体光刻打印技术，FFF技术更适合用于打印对细节要求不高的物体，但使用更简单，成本更低廉。

商业FFF打印机的价格在数百到数千美金之间。研究人员也可以使用开源RepRap项目中的套件或设计自行构建硬件，成本只需几百美元。

3D打印并不是什么新鲜玩意儿：自20世纪80年代以来，立体平版打印机就已经存在。但价格下跌让3D打印日渐走进各个实验室。以下是研究人员利用3D打印的四种方式。

1. 打印设备零部件

英国巴斯大学（University of Bath）的物理学家Julian Stirling所在的团队利用3D打印技术，构建光学显微镜的塑料部件。他们希望能在坦桑尼亚搭建显微镜平台，用于寻找血液中的寄生虫，从而实现疟疾的诊断。Stirling表示，坦桑尼亚当地缺乏光学显微镜方面的专业人才，并且也缺乏生产显微镜部件的供应商，但进口零部件既昂贵又耗时。通过3D打印零件，当地医生和科学家可以更快、更便宜地修复显微镜。他还补充指出，坦桑尼亚的一家当地公司甚至用废弃的电子产品和其它当地材料，自己搭建了一台FFF打印机。

包括Thingiverse和MyMiniFactory在内的多个网站为科学家提供了分享可打印组件计算机模型的论坛。但根据Stirling的经验，这些网站上的模型通常是不完整的，缺少特定项目的文档或修改设计的关键文件。因此，他的团队使用名为OpenSCAD的开源编程语言从头开始创建模型。除相机、电机和镜头外，显微镜的其它部分都可以用3D打印技术来制造。

Stirling指出，3D打印的一个问题是很容易出错。但由于该技术速度快且价格低廉，因此迭代设计很简单。Stirling认为，经验只能通过反复试验来获得。

反复的实践教会Stirling，在实验室中使用3D打印机与在现场使用3D打印机之间存在很大差异。在气候潮湿的坦桑尼亚，3D打印塑料丝通常比在气候受控的实验室里要难得多，因为湿度会影响塑料丝，从而导致打印失败。此外，停电也时常发生，只有部分打印机可以在恢复供电后继续打印半成品。Stirling表示，控制气候是不可能的，但可以通过使用不间断电源来确保打印工作能够完成。