生物3D打印在骨組織工程中的應用與技術解析
3D打印技术已深度渗透至各行业，成为推动创新与全球制造业变革的关键力量。其中，生物3D打印作为3D打印技术与生物医学的交叉融合，展现出重要的研究价值与应用潜力。该技术既能制造标准模型，也可为患者定制结构复杂的手术支架。基于计算机断层扫描（CT）或核磁共振（MRI）等医学成像技术，可对患者骨缺损部位进行扫描获取支架模型，并通过三维打印机直接打印成型，这是传统成型技术难以实现的。近年来，三维打印技术在医疗领域的应用不断拓展，涵盖颅面移植、冠齿修复、假体器件、医疗设备、外科手术模型、器官打印、药物传输模型及骨组织工程支架等多个方向。其可定制化、结构与孔隙可控性以及多材料复合等特性，受到研究人员的广泛关注，并为突破性治疗方案及设备的研发提供了灵感。
本文将重点梳理骨组织工程领域当前可用于三维打印的生物材料，分析其优缺点及打印标准；同时简要概述不同类型三维打印机的种类及成型原理。期望通过该综述，激励更多科研团队开发新型生物材料，推动三维打印技术在骨组织工程领域的进一步发展。
1.3D打印技术分类介绍
生物材料是否可打印，与所选用的三维打印机密切相关，不同打印机对材料的要求存在差异。在生物医学领域，主要应用的打印机类型包括：光固化立体印刷技术、熔融沉积打印技术、选择性激光烧结技术及直接浆料挤压技术。
熔融沉积与直接浆料挤压技术是制备骨组织工程支架的常用方法。直接打印的浆料类型多样，包括与水或低沸点溶剂（如二氯甲烷（DCM）、二甲亚砜（DMSO））混合的聚合物溶液，挤出后快速挥发的聚合物溶液，以及挤出后仍能保持结构的水凝胶。通过三维打印成型的水凝胶，挤出后可通过触变行为、温度感应或交联等方式维持形状。熔融沉积与直接打印的分辨率在XY平面可达喷头尺寸的25微米，层厚范围为200-500微米。然而，这两种方法在打印无支撑的长结构或尖锐突出部分时易出现问题：挤出的细丝因强度不足无法立即自支撑，导致无支撑区域出现松弛或坍塌。为解决此问题，打印过程中常添加填充材料，后续通过溶剂溶解或高温煅烧去除。
粒子熔化类三维打印技术在工业原型制造中应用广泛，主要包括选择性激光烧结（SLS）与粒子粘连技术。这类技术不仅能打印聚合物、陶瓷、金属及其复合材料，还可构建独特或复杂的结构。选择性激光烧结技术通过定向激光使聚合物或金属粒子升温至熔点以上，促使粒子熔化结合。激光束依据计算机模型分层处理，从顶部开始熔化粒子并逐层叠加，最终完成成型[3]。尽管该技术存在成型速度慢、成本高、材料消耗量大等局限，但其单一机床多材料成型的能力使其在多个制造领域仍具重要价值。粒子粘连技术（又称非定向激光烧结技术）原理与SLS类似，但区别在于：其通过液态粘结剂溶液粘结粒子，再经高温煅烧获得三维固体。目前，选择性激光烧结与粒子粘连技术已在矫形、口腔外科等硬组织工程领域得到应用。
立体平板印刷技术通过紫外光或激光照射可光致聚合的液态聚合物，使其形成单一坚固的聚合物薄膜。聚合完成后，基板下降至溶液中，新树脂得以在打印表面流动并继续聚合。在所有打印技术中，立体平板印刷的分辨率最高，传统技术可达25微米，而微米级及高精度立体平板印刷技术的分辨率已达单微米级别。然而，该技术因仅能在紫外光下交联、存在后成型特性、力学性能不足、树脂易堵塞等问题，尤其是缺乏具有生物相容性与生物降解性的适用材料，导致其在医学领域的应用受限。但近年来，随着一些天然或合成可交联生物材料的发现，立体平板印刷在组织工程领域的应用迎来了新机遇。
