生物制造技术加工的方法是利用生物体的生长和繁殖规律，或利用生物材料或生物体本身的特点进行加工，因此与传统的机械加工方法完全不同，具有更多的优点，并在加工方式、加工条件、加工过程以及加工后的处理方面具有传统加工所达不到的优点。根据生物加工方法的不同，生物制造的研究方向见表2-1。

表2-1 生物制造的研究方向

生物制造通常包含以下两方面的内容。

（1）仿生制造 模仿生物的组织结构和运行模式的制造系统与制造过程统称为仿生制造。仿生制造包括生物组织和结构的仿生、生物遗传制造和生物控制的仿生。仿生制造一方面模仿生物，学习研究生物的某些特殊功能或结构，将生物科学和技术的新发现、新成就用于制造业。大自然中的生物具有自组织、自生长、自生成和遗传等性能，以及其他各种特性，需要人类进一步学习研究，并进行借鉴和发展。将生物长期以来进化发展的许多特性摸清楚，机理搞明白，并将它用于制造业，无疑将会进一步促进制造业的发展，甚至给制造业带来革命，这必将推动仿生机械和仿生制造的发展。另一方面，生命科学、生物技术的发展也催生并萌发了生物制造业的发展。生命科学和生物技术赋予制造业新的历史使命和任务要求，希望能制造出某些特殊器件，能够仿照人体和生物的功能，帮助人们和生物延长其寿命，恢复某些器官的功能，能取代某些被损坏器官和组织的器件、机构等。这需要结合生物技术，升级制造技术，面向需求，进一步研究开发生物制造技术。

我国在生物制造方面也取得了一些成绩，由清华大学、第四军医大学西京医院全军骨科研究所和中国科学院化学研究所合作，开展了快速成型组织工程的研究，在骨、软骨等组织工程中取得了良好的效果。采用快速成型工艺制成的孔隙体人工骨支架，成功修复了兔挠骨节段性骨缺损和犬挠骨节段性缺损及兔关节软骨缺损，此人工骨有望成为一种优异的骨缺损修复材料进入临床应用。如图2-23所示。

图2-23 兔挠骨缺损修复图

a）术后 b）术后12周(www.daowen.com)

清华大学激光快速成型中心与同仁医院和北京武警总医院合作完成了人耳CT数据的三维重构，并采用自行研制的快速成型机喷射成形了人耳假体，这是具有生物相容性的假体，其上蒙植病人活的真皮即可完成人耳修复与再造。图2-24所示为人耳的CAD模型、快速成型制造的植入物和快速成型机。

图2-24 快速成型人耳修复效果及成型机

（2）生物成形制造 生物成形制造包括生物去除成形、生物生长成形及生物约束成形几方面。生物成形制造采用生物方法，利用生物的某些特性，通过腐蚀加工、约束控制和限制生长等技术方法，达到器官、零件成形的目的。

1）生物去除成形。以生物刻蚀加工为代表，生物刻蚀加工采用生物菌对材料进行加工，利用微生物在其生长过程中需要消耗某些金属元素实现其新陈代谢和生长繁殖的特点，通过生物氧化还原反应对金属工件进行去除加工，它是近年来发展的一种生物电化学和机械微细加工的交叉领域。生物制造系统（bionic manufacturing system，BMS）的概念最早由日本京都大学教授Norio Okino在1988年提出，此后日本三重大学和冈山大学在日本文部省科学基金资助下着手生物技术用于工程材料加工的研究，证实了微生物加工金属材料的可能性。目前，在这方面的进展还只限于实验室的原理探索，局限于特定材料和少数微生物，对其加工的有效性还缺乏深入的了解，也未能制造出实用性较强的零件和器件。

2）生物生长成形。它是通过控制基因的表达，利用基因工程的主要手段和技术实现生物生长，将生长因子与生物支架材料结合，生长出所需的零件。例如，医学上采用具有生物相容性和可降解性的材料（采用较多的人工骨骼材料有陶瓷、磷酸盐材料和硫酸钙材料），先制造出生长单元的框架，再向生长单元内部注入适合的生长因子，使各个生长单元并行生长。此外，还可以通过控制含水量来控制伸缩的高分子材料，制造类生物智能体，如制造人造肌肉。例如，美国科学家利用生物制造技术在老鼠背上培育出人耳朵，加拿大渥太华大学的有关研究人员培养出可用于医疗移植的人工角膜。

3）生物约束成形。它是通过复制或金属化某些不同亚结构与几何外形的菌体，再经排序或一系列微操作，从而实现生物约束成形。例如，生物沉积加工技术，即用化学沉积方法制备具有一定强度和外形的空心金属化菌体，并以此作为构形单元构造微结构或者功能材料。德国德累斯顿工业大学成功进行了直径为50nm的人工蛋白微丝镀镍，美国海军研究室进行了直径为500nm的脂质微管镀镍研究，中国科学院微生物研究所进行了固囊酵母菌细胞镀镍金属化的研究，使菌体仍然保持了原有的形态。