在所有不同的3D打印技術(shù)中，3D生物打印也許是最特別的一個(gè)——并不僅僅因?yàn)樗褂玫牟牧习罴?xì)胞。3D打印塑料立即會(huì)呈現(xiàn)出最終的形狀，然而3D生物打印的材料會(huì)生長(zhǎng)為更大的功能性組織。雖然迄今只限于非常小的實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，但我們最終可能會(huì)看到它的大規(guī)模應(yīng)用。近日，DARPA剛剛推出了工程活體材料(ELM)計(jì)劃，旨在把同樣的活體成長(zhǎng)性材料應(yīng)用到建筑業(yè)。

美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)是美國(guó)最大的政府背景創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。據(jù)了解，這個(gè)ELM計(jì)劃只是DARPA推出的一系列有趣計(jì)劃中的一個(gè)。就在幾個(gè)月前，他們發(fā)起了一項(xiàng)倡議，私人設(shè)計(jì)師可以提交3D打印武器的計(jì)劃，使美國(guó)可以更好地應(yīng)對(duì)恐怖主義威脅。

DARPA的ELM計(jì)劃代表了其對(duì)建筑行業(yè)的關(guān)注。正如他們所揭示的，該計(jì)劃的設(shè)立主要為了解決這個(gè)行業(yè)中經(jīng)常要面對(duì)的兩大問(wèn)題：建筑材料運(yùn)輸和材料損耗。事實(shí)上，取決于你想要構(gòu)造建筑的地點(diǎn)不同，運(yùn)輸費(fèi)用可能要占最終費(fèi)用的很大一部分，而材料損耗也是建筑工程中常見(jiàn)的成本。

那么，DARPA的解決方案是什么?工程生物學(xué)。他們認(rèn)為“活體生物材料——比如骨骼、皮膚、樹(shù)皮和珊瑚等——比人們建筑時(shí)使用的非活體材料更有優(yōu)勢(shì)，它們可以被種植在需要的地方，在受到損傷后可以自我修復(fù)，并應(yīng)對(duì)周?chē)h(huán)境的變化。”通過(guò)把這些材料包含進(jìn)人造結(jié)構(gòu)，建筑方也會(huì)獲得巨大的好處。其中包括，它可以實(shí)現(xiàn)智能基礎(chǔ)建設(shè)，這些建筑能夠?qū)ζ渲車(chē)沫h(huán)境和天氣條件做出反應(yīng)。

ELM計(jì)劃簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是要開(kāi)發(fā)出適合這些應(yīng)用的材料，既有必要的結(jié)構(gòu)屬性又有所需的活體系統(tǒng)屬性?！癊LM計(jì)劃的設(shè)想是在需要的地方種植材料，”ELM計(jì)劃負(fù)責(zé)人Justin Gallivan說(shuō)。“想象一下，我們可以運(yùn)輸半成品并使用本地資源讓其生長(zhǎng)，而不是運(yùn)輸成品。而且，由于材料是活著的，它們將能夠響應(yīng)周?chē)h(huán)境的變化，并自我修復(fù)?！?

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，ELM希望能夠?qū)⒛静?、混凝土等惰性建筑材料的功能與3D打印組織和生物支架的生長(zhǎng)能力相融合。具體來(lái)說(shuō)，他們?cè)O(shè)想的是一組核心材料，本身不是真正活著的但可以作為某些活體材料的支架。它們的功能將從生物的基因組、生物結(jié)構(gòu)或者理論上獲得，進(jìn)而被調(diào)整為適合任何建設(shè)目的。

雖然這可能需要幾年的時(shí)間來(lái)發(fā)展，但DARPA已經(jīng)有了大膽的設(shè)想。正如3D生物打印的細(xì)胞結(jié)構(gòu)應(yīng)使血液能夠流動(dòng)，這些活體建筑材料應(yīng)具備某些功能如呼吸、再生，甚至消耗某些廢品如苔蘚或油。更重要的是，這些材料應(yīng)該可以小批量運(yùn)輸并生長(zhǎng)為所需的形狀。當(dāng)然，這可以大大降低運(yùn)輸成本。

隨著3D生物打印已經(jīng)可以使用廉價(jià)的原料實(shí)現(xiàn)特定的形狀、規(guī)格和功能，DARPA的計(jì)劃當(dāng)然不只是幻想。此外，木材和其他建筑材料也開(kāi)始作為活體生物材料。如果這些功能可以被保留并與其他材料合并，那么可擴(kuò)展的施工應(yīng)用肯定可以實(shí)現(xiàn)?！暗@一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要科學(xué)家們對(duì)于發(fā)展路徑的認(rèn)識(shí)以及這些路徑如何直接引導(dǎo)多細(xì)胞系統(tǒng)的3D發(fā)展等方面產(chǎn)生重大突破，”DARPA承認(rèn)說(shuō)。