基于材料挤出3D打印的骨组织工程用生物活性智能支架研究

       当前，在骨组织工程领域，利用微创手术治疗不规则骨缺损时，面临着缺乏可打印的形状记忆材料及功能生物医学支架的难题，这些支架需具备高形状恢复能力且与人体骨骼核心属性匹配。澳大利亚新南威尔士大学李晓鹏副教授团队开发出基于聚己内酯和热塑性聚氨酯的热响应生物相容性形状记忆长丝，适配材料挤出3D打印技术，成功打印出架构、机械性能和形状记忆性能可调的新型生物活性智能支架。团队还通过聚多巴胺涂层功能化处理，提升了支架亲水性与细胞相容性，且未损害其机械与形状记忆性能。相关工作以“Material extrusion 3D printing of bioactive smart scaffolds for bone tissue engineering”为题发表在《Additive Manufacturing》上。

研究要点
1. 材料设计与制备阶段：开发70%热塑性聚氨酯（TPU）与30%聚己内酯（PCL）的生物相容性形状记忆长丝，通过双螺杆挤出机混合并经桌面挤出机制备成适配FDM打印的1.75mm直径长丝。

2. 打印工艺优化阶段：系统评估打印参数（温度、挤出倍数等），确定210℃喷嘴温度与1.0挤出倍数为最优条件，实现不同孔隙结构（矩形、三角形、螺旋形）和填充密度（20%-50%）的支架精准成型。

3. 性能表征与机制研究阶段：通过压缩测试、热机械循环实验验证支架力学性能与形状记忆效应，发现50%填充密度的螺旋形支架在52℃时形状恢复率达98%，并揭示结构设计对恢复效率的调控机制。

4. 功能化改性与生物相容性验证阶段：利用聚多巴胺（PDA）涂层提升支架亲水性，细胞实验表明PDA处理后MG-63细胞增殖率显著提高，且涂层未损害形状记忆性能，证实其骨组织工程应用潜力。

文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104636