單日新增確診病例近 2 萬，連續 6 天新增確診破萬，累計確診病例已達 123,750 例，這就是疫情之下的美國。
不只是美國，隨著新冠疫情的持續蔓延，意大利、英國和德國等歐洲多個疫情重災區，也都出現了衛生醫療用品短缺的問題，口罩、呼吸機以及用于檢測的鼻拭子和咽拭子等必備用品已經供不應求。 疫情暴發以來，那些傳統醫療設備、防護用品的制造商滿負荷生產，仍遠遠無法滿足這突然迸發的需求高峰。
危急時刻，3D 打印技術或許成為一支拯救生命的奇兵。
在過去的幾年里，工業 3D 打印技術即將實現突破，向公眾展示其快速反應與生產能力。從某種意義上講，這種可以在一天內從設計到生產，并可多平臺、單次大規模生產零件的技術，似乎就是為了新冠疫情這種危機而設計的。
3D 打印在很大程度上被視為一種應急措施，但為了填補供應鏈上被疫情撕開的關鍵缺口，3D 打印可能幫助醫院在未來幾周內得到一定數量的口罩、鼻拭子、呼吸機和其他產品。
惠普公司的 3D 打印和數字制造部門負責人帕斯特（Ramon Pastor）在電話會議中提及： “3D 打印的關鍵是可以在幾周內完成從設計到制造的整個過程，我們已經為醫院交付了數千個零件。”
快速打印“鼻拭子”
現在的美國，由于缺乏明確的、有組織的、由聯邦政府指導的協同方案，許多應對措施都以一種特別的方式展開。制造商、大學、醫療服務提供商、各州和地方機構都在爭先恐后地尋找具備必要能力和專業知識的公司，要么直接打電話，要么依靠非正式的商業網絡來聯系它們。此外，一些企業、研究人員和醫療中心也在組建臨時聯盟來協調應對措施。
“我無法告訴你有多少家醫院，以及其他各種醫療機構、醫療服務提供商和政府，要求我們幫助解決衛生醫療產品短缺的問題，太多了。” Formlabs 公司的首席產品官 David Lakatos 表示。
Formlabs 是一家位于馬薩諸塞州薩默維爾市的 3D 打印技術開發商和制造商。以前，其銷售的是 3D 打印機，而不是 3D 打印產品；但在未來幾天，該公司將在俄亥俄州的工廠投入 250 臺打印機， 有望每天生產多達 10 萬個用于新冠病毒測試的鼻拭子，這些急需產品很快就會被運送到美國各地的醫院，用于檢測新冠病毒肺炎患者。
圖｜3D 打印鼻拭子用于新冠病毒測試（來源：Formlabs）
“我們沒有太多的時間來準備，” Protolabs 的首席執行官 Vicki Holt 說，“我們必須增加足夠的醫院床位和重癥監護室（ICU）設備，以便在高峰期到來時做好準備。所以，我們正試圖給供應鏈爭取更多的時間。”
Formlabs 表示，隨著疫情在未來幾周內不斷升級，該公司可能會迅速增加 3D 打印機的數量，并將鼻拭子的日產量提高至 10 萬個以上，具體數字取決于醫療需求。
本周四，一個由南佛羅里達大學、哈佛大學、斯坦福大學等機構組成的聯盟宣布，他們已經與美國食品藥品監督管理局（FDA）協商，制定了生產3D 打印測試樣本的通用指南。他們表示，包括 Formlabs、Carbon 和惠普等在內的少數會員，準備開始制造特定種類的拭子，并可能很快提高到每周生產多達 400 萬個。根據公告，醫院可以聯系國家應急管理機構，要求立即供應。
從今年 3 月中旬開始，3D打印獨角獸 Carbon 的聯合創始人 Joseph DeSimone 和公司首席執行官的 Ellen Kullman 一直在考慮公司的現有技術能如何幫助解決抗疫一線人員對醫療用品的緊急需求，由于新冠疫情的暴發，大到呼吸機，小到口罩、檢測拭子等物資都極度匱乏。
圖｜Carbon 的聯合創始人 Joseph DeSimone 和公司首席執行官的 Ellen Kullman（來源：Carbon）
檢測拭子匱乏，是導致測試能力遇到瓶頸的原因之一。如今，Carbon 的設計師正在研究用 3D 打印技術快速生產鼻拭子。Joseph DeSimone 希望能夠盡快分發拭子，但是他們沒有給出確切的時間范圍。“我們正瘋狂地推進，我認為這對于Carbon 來說是一個非常重要的時刻，美國需要我們。”
對用于檢測病毒的鼻拭子，Carbon 的設計師經歷了一個 “漫長” 的設計過程。 他們在 72 小時內設計了 7 種不同的 3D 網狀結構，隨后在斯坦福大學醫學中心、哈佛醫學院等機構的幫助下迅速驗證了其設計。3 月 21 日，Carbon 已經將各種設計發送給其醫療合作伙伴進行測試。
Joseph DeSimone 表示，其中一個設計通過了斯坦福大學的舒適性和有效性測試，這一認可使其獲得了 FDA 的批準。本周他將選擇這個設計與另外一款優秀的設計相結合，以便做出更好的拭子。
“一旦我們把所有的東西都整理好，那就很快了，” Ellen Kullman 說，“不過這些都是受管制的產品，我們不會在驗證需求上妥協，我們要找到真正有需求的地方。”
解決面罩、呼吸機短缺問題
除了可以快速打印出鼻拭子，3D 打印技術在制造面罩、呼吸機等方面，也有很大的用處。
位于馬薩諸塞州伯靈頓的 Desktop Metal，是一家設計和銷售金屬 3D 打印系統的技術公司。該公司推出了一個網站，讓制造商在供應鏈受限的情況下提交醫療設備所需金屬部件的申請。
南卡羅萊納的主要醫療保健系統 Prisma Health 宣布，它已經獲得了 FDA 的緊急授權，公司可以使用 3D 打印一種獨特的呼吸機擴展設備：一種名為 VESper 的分流管（splitter tubing），在設備供應緊張的情況下，可以保證一臺呼吸機最多可以支持 4 名有嚴重呼吸問題的患者，且生產成本很低。
“當需要借助機器輔助才能呼吸的患者數量迅速增加時，醫療設備的嚴重短缺可能會在一夜之間發生。” Prisma Health 醫學部主任 Peter Tilkemeier 說，“當需要呼吸支持的危重病人的數量超過現有呼吸機的數量時，VESper 就可以挽救生命。在這次新冠疫情中，美國的很多醫院可能會開始使用它。”
Formlabs 也在評估呼吸機分流管的設計，不過該公司強調，它們只能作為最后的選擇。事實上，在本周四的一份聯合聲明中，美國重癥醫學會、美國呼吸保健協會和其他醫療組織建議，建議不要讓多名新冠肺炎患者共用一臺機械呼吸機，他們強調，“最好將呼吸機用于最有可能受益的患者，而不是導致患者交叉感染等新的問題。”
最近幾天，Carbon 與 Google 母公司 Alphabet 的生命科學業務部門 Verily 合作共同設計面罩，并用 3D 打印技術造出了它們的原型，然后將它們送到斯坦福醫院和凱薩醫療集團（Kaiser Permanente）來進行測試。
目前，Carbon 公司已將面罩送到醫院，并且在一天之內就獲得了監管部門的批準，屬于 1 級豁免（無需通過提交文書等工作來走一套美國 FDA 的快速審批程序）設備。
Joseph DeSimone 表示，設計師嘗試使用了三種不同的樹脂，包括一種用于阿迪達斯鞋中底的樹脂和一種用于牙科產品的樹脂。他說，通過使用三種不同的樹脂和三種不同的設計方式，可讓更多擁有 3D 打印機的客戶能夠生產它們。
此外，Protolabs 公司還與明尼蘇達大學的一個團隊合作，在幾天內開發、測試了一款低成本呼吸機的 6 個部件。研究人員可能會公開發表這一設計，它依靠一個馬達就可生產能廣泛使用的手動復蘇器，這樣醫院就可以在出現攸關生死的短缺情況時，自己生產來救急。 值得注意的是，麻省理工學院的一個團隊正在進行一個類似的項目。
明尼蘇達大學麻醉學研究員 Stephen Richardson 與 Earl E. Bakken 醫療機械中心合作，在美國明尼蘇達大學醫療器械中心主任、世界醫療器械設計大會創始人 Arthur Erdman 教授的指導下，基于 “自充氣袋” 的袋式閥面罩的理念，創造了一個低成本呼吸機的原型。如今，在 70 名志愿者的幫助下，兩款原型機（被稱為 Coventor）成功進行了測試。據了解，該原型呼吸機的成本僅為 150 美元。
圖｜原型呼吸機（來源：明尼蘇達大學）
Protolabs 也在為一家大型呼吸機制造商生產零部件，但 Vicki Holt 說，該公司目前無法透露名稱或提供更多細節。
當被問及 3D 打印產品的安全性時，VickiHolt 表示，他們有責任設計出合適的設計，進行必要的測試，并采取適當的監管措施。
但是，像鼻腔拭子這樣能夠在人體內使用的最終產品的生產，確實需要 3D 打印公司自身邁過監管門檻。David Lakatos 說，Formlabs 之所以能夠迅速獲得 FDA 的批準，在俄亥俄州的工廠生產這種鼻拭子，只是因為它此前已經獲準生產在人們口腔內使用的牙科產品，比如 3D 打印的夜用護板和牙冠。
有 3D 打印行業分析師表示，“很容易就可以出現數百種將 3D 打印用于新冠病毒防疫的想法。” 其推測目前在美國大約安裝了近 4.7萬臺工業級 3D 打印機。隨著目前依靠它們生產零件的航空航天、汽車和其他制造業的陸續關閉，其中的大部分或許都可以拿出來與新冠病毒作戰。
3D 打印在拯救生命方面的作用有多大，將取決于疾病傳播的速度有多快，以及世界各地的制造商和供應商能夠多快地采取措施重組和擴大產能。
www.forbes.com/sites/amyfeldman/2020/03/25/inside-a-silicon-valley-unicorns-urgent-dash-to-3d-print-face-shields-and-test-swabs-to-battle-covid-19/#64382a0c4370
www.nytimes.com/2020/03/26/us/politics/coronavirus-ventilators-trump.html
www.ghs.org/healthcenter/ghsblog/prisma-health-ventilator-covid19/
cse.umn.edu/me/news/medical-devices-center-creates-new-ventilator
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