3D打印技术的可持续发展与健康风险平衡：纳米颗粒排放的综合评估框架

为解决3D打印技术快速发展带来的潜在健康和环境风险，来自瑞典厄勒布鲁大学的研究团队开展了关于工业3D打印中纳米颗粒排放的系统研究。研究人员提出创新性的风险评估框架，通过多学科方法评估了金属/聚合物颗粒的暴露特征与毒性机制，为制定安全指南提供科学依据。该研究发表在《iScience》杂志，对推动3D打印技术的可持续发展具有重要意义。

　　

3D打印技术正以前所未有的速度改变着制造业格局，从工业车间走进学校和家庭。这项被誉为"第四次工业革命"的核心技术，在带来材料节约和设计自由度的同时，却隐藏着不为人知的健康隐患——打印机工作时释放的纳米级颗粒和挥发性有机物(VOCs)可能悄悄侵入人体。据统计，到2030年全球家用3D打印机年销量预计达5000万台，这意味着数以亿计的人群可能暴露在这些微小颗粒的潜在威胁下。瑞典厄勒布鲁大学(?rebro University)炎症反应与感染易感性研究中心(iRiSC)的Andi Alijagic团队在《iScience》发表的重要研究，首次系统揭示了这一技术创新背后的健康风险，并提出了解决方案。

研究人员采用多学科交叉方法，整合暴露评估、毒理学测试和生物标志物分析。关键技术包括：(1)使用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征工业3D打印产生的铁基纳米颗粒；(2)建立体外肺上皮细胞-巨噬细胞共培养模型评估细胞毒性；(3)通过职业暴露队列分析工人生物样本中的炎症标志物；(4)应用多组学技术揭示毒性作用机制。研究对象涵盖金属粉末床熔融(L-PBF)等工业3D打印过程中产生的颗粒物。

THE HIDDEN RISKS OF 3D PRINTING

研究发现工业3D打印过程中可产生高达500,000颗粒物/cm³的排放，某些材料的排放速率达1.7×10¹¹颗粒/分钟。这些颗粒包括原始材料(如镍、钛合金)和加工过程中新形成的纳米颗粒，后者因独特的理化性质可能穿透生物屏障。体外实验显示，铁基纳米颗粒可引起细胞骨架紊乱、线粒体功能障碍和氧化应激。

THE RISE OF 3D PRINTING: PUSHING THE SUSTAINABILITY FRONTIER

尽管3D打印被欧盟列为关键使能技术(KET)，但其环境友好特性可能被低估。金属粉末生产需经历熔融、雾化等能耗密集型工序，而聚合物材料可能转化为环境持久性微塑料。研究强调需全面评估从原材料生产到废弃物处理的全生命周期影响。

HOME 3D PRINTING: COMPARABLE HEALTH RISKS ON A LARGER SCALE

家用3D打印机排放不容忽视，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS) filaments排放的颗粒物是聚乳酸(PLA)的150倍。某些品牌ASA材料打印时浓度超过1,700,000颗粒/cm³，可能引发呼吸道炎症。研究特别关注学校等公共场所的暴露风险。

A FRAMEWORK FOR SUSTAINABLE AND SAFE 3D PRINTING

研究提出六步风险评估框架：(1)颗粒物水平监测，参考WHO和芬兰职业健康研究所(FIOH)的限值；(2)体外毒性测试；(3)毒性驱动因素识别；(4)建立暴露工人队列；(5)生物标志物发现；(6)改进措施评估。该框架已在瑞典某工业3D打印企业成功应用，证明其可行性。

这项研究首次系统揭示了3D打印技术快速发展带来的"双刃剑"效应。提出的风险评估框架填补了当前监管空白，为制定职业暴露限值(OELs)提供科学基础。特别值得注意的是，研究发现长期低剂量暴露的影响可能比急性暴露更为严重，这对家用场景尤为重要。研究呼吁产业界、学术界和监管部门加强合作，在技术创新与健康保护间取得平衡，真正实现3D打印的可持续发展承诺。随着技术普及，这项研究提出的预警机制和解决方案将发挥越来越重要的指导作用。