中国3D打印机网大连理工研究人员开发出可用于骨替代应用的“绿色”3D打印生物玻璃
2025年10月19日，来自大连理工大学的研究人员研制出一种新型3D打印生物活性玻璃材料，可用作骨骼替代支架。研究团队在兔子活体实验中测试了新型生物玻璃材料的有效性。结果表明，3D打印生物玻璃比普通玻璃和市售的骨替代品更能促进骨细胞生长。
△这种可3D打印的生物活性玻璃（图中粉色部分）未来有望被用作骨骼替代品。（图片来源：摘自ACS Nano 2025）
相关研究成果以题为“Rational Design of Purely Inorganic
Self-Healing Colloidal Hydrogels To Enable “Green” 3D Printing of
Bioglass-Based Bone Substitutes”的论文发表在《ACS Nano》期刊上。
传统的陶瓷或玻璃的3D打印通常需要牺牲性有机增塑剂和高温烧结，这不仅耗时耗力，还可能具有细胞毒性，并可能损害无机成分的生物活性和功能。为此，研究人员开发了纯无机自修复胶体凝胶，由静电吸引的二氧化硅基硬纳米球组成，从而能够通过无添加剂和低温烧结 (LTS) 工艺3D打印出高强度无机结构。
新型生物玻璃将带相反电荷的二氧化硅颗粒与钙离子和磷酸根离子结合在一起，这些离子已知可以促进骨细胞的形成。与需要使用有毒增塑剂或承受约1300摄氏度以上极高温度的传统3D打印玻璃材料不同，这种生物玻璃凝胶打印后只需在700摄氏度的较低温度下即可硬化。
研究人员通过修复兔子的颅骨损伤，测试了他们的生物玻璃与普通石英玻璃和市售牙科骨替代品的对比效果。八周后，大多数骨细胞在生物玻璃支架上生长，并表现出持续生长的趋势。市售产品最初骨骼生长速度更快，而普通玻璃则显示出极少的骨细胞生长。
结果显示，这种“绿色”无机3D打印策略能够经济高效地制造生物玻璃基骨替代物，并保留生物活性，从而改善体内成骨和骨完整性。这项研究展示了一种简单且低成本的3D打印生物玻璃骨替代品的方法，所开发的自修复胶体凝胶作为可打印油墨的优异性能的理论设计和机制理解的重要性，并为定制制造功能性无机3D结构以应用于生物医学、机械、能源和化工行业开辟了一条途径。
本研究由肖建儒、陈涛和王华南领导，获得了多个中国科研机构的资助，包括国家自然科学基金委员会和中国博士后科学基金特别支持项目。
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