美國(guó)密歇根大學(xué)的Das等使用PCL 為原料，通過SLS 技術(shù)制備了3D 可降解多孔支架，支架該結(jié)果達(dá)到或接近了人松質(zhì)骨力學(xué)性質(zhì)范圍。獲得的3D 支架材料能與動(dòng)物骨組織良好的結(jié)合，具有良好的生物相容性。按照豬的下頜髁突原型，制備了PCL 下頜髁突支架．使用NaCl 等致孔劑，可獲得具有高孔隙率的3D支架材料。

另外，由于SLS 技術(shù)操作過程中會(huì)產(chǎn)生高溫，因此為了減少可降解高分子原料在加工過程中發(fā)生降解，或造成原料中的生物活性分子變性，開發(fā)了一種表面SLS 技術(shù)。該技術(shù)可以控制燒結(jié)過程中只融化顆粒的表層原料。

4．3D 噴印

3D 噴印( 3DP) 技術(shù)是在基底表面鋪上薄層粉末原料，然后通過計(jì)算機(jī)CAD 模型控制噴頭按照指定路徑將液態(tài)粘結(jié)劑噴在粉末的設(shè)定區(qū)域，該層粉末粘結(jié)后上下移動(dòng)操作臺(tái)，并在粘結(jié)層表面鋪上新的薄層粉末，通過逐層粘結(jié)，最后除去未粘結(jié)的粉末原料，獲得三維原型材料。

3DP 技術(shù)操作簡(jiǎn)便、產(chǎn)品具有高孔隙率、原料應(yīng)用范圍廣，其缺點(diǎn)是產(chǎn)品力學(xué)強(qiáng)度較低，產(chǎn)品需進(jìn)行后處理、只能使用粉末原料等。

（二）直接攜帶細(xì)胞打印的生物打印技術(shù)

遠(yuǎn)程醫(yī)療、個(gè)性化醫(yī)療是世界醫(yī)療的發(fā)展趨勢(shì)。3D打印技術(shù)采用不同的"油墨"材料可以生產(chǎn)出各種人造器官和組織，能滿足臨床患者個(gè)體要求。金屬、樹脂、石膏、陶瓷、高分子、生物大分子等均被創(chuàng)造性地應(yīng)用于3D打印以生產(chǎn)生物制品。

直接通過3D 打印技術(shù)控制細(xì)胞在微觀尺度的排列分布，對(duì)于調(diào)節(jié)細(xì)胞行為、細(xì)胞間的相互作用、細(xì)胞與材料間的相互作用，以及促進(jìn)細(xì)胞最終形成功能組織具有十分重要的意義。另外，相比于在已成型的支架中種植細(xì)胞，直接攜帶細(xì)胞打印可以獲得更高的細(xì)胞密度。因此，近年來通過直接攜帶細(xì)胞進(jìn)行3D 打印的細(xì)胞或組織打印技術(shù)受到了廣泛的關(guān)注。由于水凝膠與天然軟組織細(xì)胞外基質(zhì)在結(jié)構(gòu)、組成和力學(xué)性質(zhì)上的相似性，目前的細(xì)胞和組織打印技術(shù)主要是基于攜帶細(xì)胞的水凝膠的3D 沉積技術(shù)。

對(duì)于3D 打印成型的攜帶細(xì)胞水凝膠支架的基本要求包括：

( 1 ) 水凝膠在工作臺(tái)沉積后能快速原位成型，并維持初始沉積的形狀；

( 2) 保持細(xì)胞活性和功能；

( 3 ) 打印成型的支架容易進(jìn)行后處理。

目前一種常用的細(xì)胞打印技術(shù)是以雙鍵封端的PEG 水溶液與含有細(xì)胞的培養(yǎng)液混合，形成可光固化高分子/ 細(xì)胞混合溶液，然后通過立體印刷技術(shù)，打印成型包覆細(xì)胞的3D 水凝膠。

美國(guó)斯克里普斯研究所的D'Lima 等以天然牛股骨髁制成體外軟骨缺損模型，以PEGDMA/ 軟骨細(xì)胞混合溶液為生物墨水，在紫外光照下，在軟骨缺損部位進(jìn)行原位打印。該方法打印成型的PEG 水凝膠的壓縮模量與天然關(guān)節(jié)軟骨接近。打印后軟骨細(xì)胞能在水凝膠支架內(nèi)均勻分布，而且細(xì)胞存活率要比生物墨水先沉積后再進(jìn)行光照聚合的成型方法高26%。值得注意的是，打印后支架能與周圍的天然組織緊密結(jié)合，該性質(zhì)對(duì)于未來體內(nèi)組織缺損的原位修復(fù)非常重要。該方法為開發(fā)能直接應(yīng)用于體內(nèi)的原位生物打印技術(shù)，進(jìn)行組織缺損原位修復(fù)提供了一個(gè)重要的手段。

另外，利用凝血的原理，可將含有細(xì)胞的凝血酶溶液作為生物墨水，噴入以纖維蛋白原溶液為生物紙的基質(zhì)中，通過原位凝固形成包裹細(xì)胞的纖維蛋白支架。實(shí)驗(yàn)證明，該技術(shù)打印成型的細(xì)胞支架能促進(jìn)人微血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和微血管形成。

此外，膠原也是一種應(yīng)用廣泛的組織工程支架材料。將含有細(xì)胞的膠原在較低pH 下進(jìn)行打印后，再在支架表面噴灑碳酸氫鈉溶液使體系的pH 升高至中性，促使膠原發(fā)生自身物理凝膠化，形成穩(wěn)定的3D 細(xì)胞支架。這種多層細(xì)胞打印技術(shù)為將來直接進(jìn)行更為復(fù)雜的組織打印技術(shù)奠定良好的基礎(chǔ)。

結(jié)語

生物技術(shù)將是21世紀(jì)最有前途的技術(shù), 生物醫(yī)用高分子材料將在其中扮演重要角色, 其性能將不斷提高, 應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步拓寬。而近年來迅速發(fā)展的3D打印技術(shù)由于其可進(jìn)行個(gè)性化定制的特性，在對(duì)于生物高分子這樣需求十分精密的特定結(jié)構(gòu)與功能材料的制造工藝方面有著飛躍式的提高。然而，總的來說，3D 打印技術(shù)在生物高分子材料的制備領(lǐng)域仍處于初始階段。要實(shí)現(xiàn)3D 打印技術(shù)在臨床的應(yīng)用還面臨很多挑戰(zhàn)。盡管3D生物打印面臨著形成組織的強(qiáng)度不夠、培育組織的存活問題以及缺乏電腦化的工具，解決個(gè)性化器官設(shè)計(jì)等諸多難題，我們?nèi)匀豢梢韵喈?dāng)樂觀的預(yù)見，不久的未來，由3D打印生物高分子的革命性醫(yī)療手段會(huì)迅猛發(fā)展，讓我們今天在腦子里構(gòu)想的藍(lán)圖，真正成為明天人類的福祉！

（本文轉(zhuǎn)自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)院《高分子科學(xué)與材料概論》論文，作者：李直凡）

(責(zé)任編輯：admin)

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