3D打印之“毒”

提起3D打印技术，想来大家已经不再陌生。在3D打印机里我们可以按照电脑中的数字模型制作出许多复杂物品，从而突破一些传统制造技术瓶颈。利用3D打印技术构造的病人定制关节已经在医学中有了应用，帮助许许多多已丧失行动能力的人重获新生。

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3D打印如今发展得如火如荼备受资本和社会追捧。前两天X-MOL还报道了两位3D打印界的大佬用Science论文“斗法”且开公司“互怼”的故事（点击阅读详细）。不但飞机汽车的部件可以3D打印，运动鞋、头盔等等更贴近我们生活的一些物件也已经在生产过程中用到了3D打印。3D打印越来越多地走入人们生活，不过，当3D打印像传统打印一样被广泛应用时，一个新的问题跃然纸上——这技术安全吗？会不会像核电等技术一样带给人们便利的同时也带来了安全风险？您还别说，还真有科研人员琢磨这个，并且确有成果。前不久，佐治亚理工学院的Rodney J. Weber在美国化学会旗下环境科学知名期刊Environ. Sci. Technol.上发表文章，研究的就是3D打印过程中可能产生的有害微粒。

3D打印过程中的有害微粒来自哪儿？前人的研究已经表明，目前常用的消费级3D打印机在打印过程中大多要将热塑性材料加热至熔融态，会产生大量的挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）和微小颗粒。这篇文章的工作就是详细分析了3D打印过程中产生了哪些主要有机物和微粒，以及这些有机物和微粒的细胞毒作用。作者首先就告诉大家VOCs和微粒来自用于打印成品的热塑性材料。常用的3D打印材料有ABS树脂（acrylonitrile butadiene styrene, ABS），聚乳酸（polylactic acid，PLA）以及尼龙（Nylon）等。作者首先研究了这些材料在3D打印过程中散布到周围环境中的微粒大小、数量、表面积。

室内平均粒径分布（数量、表面积和体积）。图片来源：Environ. Sci. Technol.

结果表明，3D打印过程中产生的微粒已经达到了微米甚至纳米级别。微小颗粒对人体健康有什么危害？呼吸系统首当其冲。身处我国北方地区的同学是不是已经习惯了PM 2.5这个词啦？作者将来自不同材料的微粒收集起来评价了它们对A549细胞系的细胞毒性，以模拟这些微粒对于人呼吸道细胞的影响。结果表明，来自PLA的微粒能够显著降低A549细胞的存活率。

图片来源：Environ. Sci. Technol.

进一步对微粒进行气溶胶化学组分监测发现，来自ABS c和PLA两种材料的微粒含有大量有机成分。对这两种材料产生的微粒进行质谱分析后鉴定出以下这些主要有机物。

图片来源：Environ. Sci. Technol.

另一个评价微粒潜在危害的重要指标是基于DTT的氧化能力（Oxidative Potential, OP^DTT）。作者对常见的3D打印材料进行了这方面的评价。为了让读者更直观地理解相应数据，作者以日常环境PM 2.5的OP^DTT作为对照。可以发现，在室内环境进行3D打印过程中，ABS释放出的微粒其OP^DTT高于PM 2.5数倍。

图片来源：Environ. Sci. Technol.

个人觉得这篇文章的研究工作还是非常具有现实指导意义的。一项新技术的应用带来了技术上的突破，为人类生活提供了更多便利。但新技术对人体健康和生存环境的负面影响更是不容忽视。在更方便与更健康之间，大部分人可能更愿意选择更健康。工业制造以及3D打印创业企业，职业防护不容忽视。更重要的是，不少学校、科技馆、少年宫也购买了3D打印机进行教学或者创意制作，有些家长甚至还会买成本更低的所谓“3D打印笔”来给孩子当玩具（某宝上一搜一大堆，但实际上不就是个带给料装置的电烙铁嘛……），这带来的潜在危害就更需要重视了。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Chemical Composition and Toxicity of Particles Emitted from a Consumer-Level 3D Printer Using Various Materials

Qian Zhang, Michal Pardo, Yinon Rudich, Ifat Kaplan-Ashiri, Jenny P. S. Wong, Aika Y. Davis, Marilyn S. Black, Rodney J. Weber

Environ. Sci. Technol., 2019, 53, 12054-12061, DOI: 10.1021/acs.est.9b04168

（本文由乐只君子供稿）