导读: 科学技术的历史，就像一条蜿蜒流动于群山之间的长河，时而汇聚，时而分流，纵横曲折，连绵不断。科学与技术之间的关系如此，科学各学科或者技术各领域之间的关系也是如此。近年来，原来已有30年历史的3D打印技术，似乎突然异军突起。究其深层原因之一，就是因为种种现代高科技如今正好走到了历史的交汇点。
被称之为“3D 打印”实际上并不是什么打印，而是一种产品制造和生产的过程。这些产品的制造和生产早就存在，“3D 打印”只不过是提供了另外一种快速而精确生成的方法而已。而这种与传统迥异的方式，有其独特的优越性，那就是生成产品的个性化和快速化。这两个优点对生物和医学是非常重要的，特别是在医学中，医生医治的对象是每个个体，世界上的每个人都是不一样的。举个简单的例子：你的牙齿掉了一颗，需要安装假牙。这假牙是不可能成批生产的，牙科医生必须要预先测定你所要安装的假牙的大小和形状，专门给你定制一个，这就叫做个性化的产品。至于速度，就无需多言了，当然是越快越好。如今有了3D 打印技术，如果你的牙科医生有一台能打印牙齿的3D 打印机的话，那么他就不需要到别的地方为你预定假牙了，可以用打印机打印一个出来。不过这里有一个关键的假设，那就是制造假牙的技术是原来就有的，3D 打印技术只不过是提供了另外一种便捷的制造方式而已。
目前，3D 打印逐渐被应用到生物和医学研究中，特别是与器官移植等有关的再生医学中，也是基于近几十年来生物和医学突飞猛进的发展，如克隆技术、干细胞的研究、组织工程、人造器官的研究等领域所取得的丰硕成果，才为3D 生物打印开启了大门。因此，让我们首先回顾一下这些方面的进展。
1951 年，在剑桥大学卡文迪许实验室里，两位年轻人：美国人詹姆斯· 沃森和英国人弗朗西斯· 克里克开始研究脱氧核糖核酸（DNA）的分子模型，两年后，他们确定了DNA 的双螺旋结构，使遗传研究深入到分子层次，开启了分子生物学的大门。
当时23 岁的沃森已经获得了生物学博士学位，35 岁的克里克却还是一个研究生。那是因为克里克原来是学物理的，二次大战期间他为英国海军部工作，因研制水雷而延误了学业。20 世纪40 年代，量子物理大师之一的薛定谔对生命产生的本质极感兴趣，写了一本《生命是什么》的书。此书对克里克的影响很大，使他在大战结束后下决心半路出家改修生物，沃森从美国到剑桥做博士后的时候，克里克正在写他的博士论文，课题是用X 射线研究多肽和蛋白质。而沃森的研究课题是研究烟草花叶病毒。尽管两个人的正规研究项目都不是DNA，但他们出于共同的兴趣，“不务正业”地研究起DNA 的分子结构来。
实际上，当时还有两个正规研究DNA 模型的小组，一是离沃森和克里克所在的剑桥大学不远的伦敦国王学院的莫里斯· 威尔金斯的实验室，另一个则是远隔重洋的美国加州理工学院鲍林的实验室。出乎人们意料之外的是，最终得到正确的DNA模型的，不是这两个正式研究小组，却是那“不务正业”的两个人，这是什么原因呢？仔细推敲一下这几个人的专业兴趣，便不难明白其中就里。那两组正规DNA 小组研究人员，都不是生物学家，他们不是从遗传的角度来研究DNA 分子模型的。伦敦国王学院的威尔金斯是一个物理学家，还算是克里克在剑桥大学晚一年的师弟。不过，他在1940 年去伯明翰大学读完了物理学博士，战争期间到美国参与过曼哈顿计划。他想研究的只是DNA的晶体结构，完全不知道DNA 是生命体中的什么东西。美国著名化学家鲍林则是把DNA 分子当作化合物来研究，也不管DNA 的生物学意义。而只有沃森，这个二十出头的年轻人，才真正理解DNA 的生物学功能，只有他才是带着他的遗传学之梦来到剑桥做博士后的，他在那里又正好碰到了有X射线晶体衍射经验和物理背景的克里克。于是，沃森便说服了克里克和他一起构想DNA 的分子模型。
威尔金斯是克里克的朋友，他曾经多次向沃森和克里克提供他的实验室得到的DNA 的晶体衍射图像，对他们构想正确的DNA 分子模型很有帮助。之后，1962 年，威尔金斯、沃森和克里克三人一起分享当年的诺贝尔生理学和医学奖。如图所示，为发现DNA 双螺旋转结构的科学家们。
图 发现DNA 双螺旋结构的科学家们
然而，实际上对沃森和克里克发现DNA 双螺旋结构帮助最大的，是一个与威尔金斯在同一个实验室里工作的，名字鲜为人知的女科学家罗莎琳· 弗兰克林。
弗兰克林（Rosalind ElsieFranklin，1920—1958）出身于一个富裕的犹太家庭，是一位优秀的英国物理化学家与晶体学家。当她受聘于国王学院进行研究工作时，由于某种原因，与威尔金斯产生了一些误会。他们的领导在指派两个人的工作时有些含糊不清，使得威尔金斯将弗兰克林看作他的助手，弗兰克林却认为威尔金斯不应该干预她的工作，由此两个人经常在工作中产生矛盾。
沃森和克里克在1951 年11 月，听了弗兰克林就她的DNA的X 射线衍射图结果所作的一场演讲之后，受到启发并开始尝试排列DNA 的螺旋结构模型。但是弗兰克林本人在开始时并不接受这种模型，看了两个人的报告后做了许多批评。当时，沃森与克里克所在的卡文迪许实验室的领导是著名的晶体理论专家，25 岁时就与其父亲同获诺贝尔物理奖的小布拉格。布拉格一直很支持沃森与克里克的研究，即使是不务正业的DNA研究也被他默许了。但是，当布拉格听到来自弗兰克林的批评意见后，便要求沃森与克里克终止他们DNA 结构的研究。有了这个因素，再加上弗兰克林与威尔金斯一开始的误会，而威尔金斯与沃森和克里克关系较为密切，这种种原因，使得弗兰克林在三个大男人的印象中成了一个我行我素的古怪女人。在1953 年3 月，弗兰克林转换工作离开国王学院之时，威尔金斯写了一封信给克里克，信中将弗兰克林称为“黑暗女士”（Darklady），说黑暗女士已经离开，他们终于可以自由地探索大自然的秘密了。三位男士对弗兰克林的成见之深，从此话中可见一斑。并且，在他们后来大功告成得了诺贝尔奖之后，沃森在他发表的自传体书籍《双螺旋》中，还取笑式地把这位早已经长眠于地下的女同行描述成一个坏脾气的女学究。
1952 年，弗兰克林在实验中得到一张DNA 的X 射线晶体衍射照片。这张被称为“照片51 号”的照片，曾经被专家形容为：“最美的一张X 射线照片。”但是，由于弗兰克林当时对DNA 的螺旋结构有质疑，并未立刻就此发表研究成果。而威尔金斯则以为沃森与克里克早已遵循布拉格的命令不做DNA 结构的分析了，因此将照片51 号拿给沃森过目。但正是这个关键性的实验结果，使得沃森与克里克确定了DNA 的双螺旋结构。加上后来，两人又看到了弗兰克林就此实验而提交的一份详细报告。于是，沃森与克里克取得了布拉格的同意，立即重新启动了他们的DNA 模型研究课题。
再后来，沃森与克里克首次宣布他们发现的DNA结构时，弗兰克林也已经认可了双螺旋模型，只有威尔金斯还糊里糊涂地蒙在鼓里。不过最后，在布拉格的建议下，《自然》杂志于1953 年4 月25 日同时发表了三篇论文：首先是沃森与克里克的，然后是威尔金斯的，最后是弗兰克林的【26、27、28】。弗兰克林离开国王学院后，与三人的关系有所改善，但是不幸的是，我们的这朵“DNA 科学玫瑰”过早地凋谢了。1958 年，她因患卵巢癌而英年早逝，其病因也与在实验中长期接触X 射线有关。大家都知道物理奖得主有个居里夫人，因研究镭的放射性而得了两次诺贝尔奖，最后也是因为过多接触放射性的原因而得了再生障碍性贫血于67 岁过世。但我们这个生物界的“居里夫人”，生前没有得到任何奖项带来的荣耀，却和玛丽·居里一样，身体遭受到放射性毁灭性的打击，在38 岁时就为科学而献身了。
在2003 年， 国王学院命名了弗兰克林—威尔金斯大楼（Franklin-Wilkins Building）。沃森与克里克后来也多次在公众场合，承认了弗兰克林的贡献是他们发现DNA 双螺旋结构的关键。历史总算为这位杰出的女性讨回了一点公道。
DNA 双螺旋结构的发现，堪称生物学上的一个重大里程碑。从此以后，生命之奥秘被打开，生命与物理及化学中所描述的“物质”之间的关系被逐步揭示出来。生物科学家们在了解了遗传信息的构成和传递机制的基础上，也试图从分子的角度对DNA进行重组、改造和研究。就像用原子和分子构成了各种物质结构那样，生物学家们也企图用DNA分子重组来改良和创建新的物种。这种过程有些类似于机械、电气等行业中的各种设计和应用：从基础元件叠加组合在一起而构建出新的成品。因此，生物学开始频繁地与“工程”这个字眼联系起来，在20 世纪70、80 年代，由此发展出一门新兴的综合性应用学科：生物工程。
所谓生物工程，是以生物学的理论为基础，利用遗传、生物化学及细胞学的各种实验技术，结合机械和电子计算机等现代工程技术，操纵遗传物质，改造生物功能，快速创造新物种。生物工程包括基因工程、细胞工程、发酵工程、生化工程、生物反应器工程等五大工程类，它们的成果为人类社会提供了巨大的经济效益，而其他各种技术的发展，尤其是计算机技术的发展，又为生物工程手段的研究和应用注入了新的动力，开辟了广阔的前景。
在生物工程发展了几十年之后的今天，我们才有了谈及“3D生物打印”的可能性。
本文摘自《喷头下的世界：漫谈3D打印》
