3D打印技术在生物高分子中的应用综述(2)
美国密歇根大学的Das等使用PCL 为原料，通过SLS 技术制备了3D 可降解多孔支架，支架该结果达到或接近了人松质骨力学性质范围。获得的3D 支架材料能与动物骨组织良好的结合，具有良好的生物相容性。按照猪的下颌髁突原型，制备了PCL 下颌髁突支架．使用NaCl 等致孔剂，可获得具有高孔隙率的3D支架材料。
另外，由于SLS 技术操作过程中会产生高温，因此为了减少可降解高分子原料在加工过程中发生降解，或造成原料中的生物活性分子变性，开发了一种表面SLS 技术。该技术可以控制烧结过程中只融化颗粒的表层原料。
4．3D 喷印
3D 喷印( 3DP) 技术是在基底表面铺上薄层粉末原料，然后通过计算机CAD 模型控制喷头按照指定路径将液态粘结剂喷在粉末的设定区域，该层粉末粘结后上下移动操作台，并在粘结层表面铺上新的薄层粉末，通过逐层粘结，最后除去未粘结的粉末原料，获得三维原型材料。
3DP 技术操作简便、产品具有高孔隙率、原料应用范围广，其缺点是产品力学强度较低，产品需进行后处理、只能使用粉末原料等。
（二）直接携带细胞打印的生物打印技术
远程医疗、个性化医疗是世界医疗的发展趋势。3D打印技术采用不同的"油墨"材料可以生产出各种人造器官和组织，能满足临床患者个体要求。金属、树脂、石膏、陶瓷、高分子、生物大分子等均被创造性地应用于3D打印以生产生物制品。
直接通过3D 打印技术控制细胞在微观尺度的排列分布，对于调节细胞行为、细胞间的相互作用、细胞与材料间的相互作用，以及促进细胞最终形成功能组织具有十分重要的意义。另外，相比于在已成型的支架中种植细胞，直接携带细胞打印可以获得更高的细胞密度。因此，近年来通过直接携带细胞进行3D 打印的细胞或组织打印技术受到了广泛的关注。由于水凝胶与天然软组织细胞外基质在结构、组成和力学性质上的相似性，目前的细胞和组织打印技术主要是基于携带细胞的水凝胶的3D 沉积技术。
对于3D 打印成型的携带细胞水凝胶支架的基本要求包括：
( 1 ) 水凝胶在工作台沉积后能快速原位成型，并维持初始沉积的形状；
( 2) 保持细胞活性和功能；
( 3 ) 打印成型的支架容易进行后处理。
目前一种常用的细胞打印技术是以双键封端的PEG 水溶液与含有细胞的培养液混合，形成可光固化高分子/ 细胞混合溶液，然后通过立体印刷技术，打印成型包覆细胞的3D 水凝胶。
美国斯克里普斯研究所的D'Lima 等以天然牛股骨髁制成体外软骨缺损模型，以PEGDMA/ 软骨细胞混合溶液为生物墨水，在紫外光照下，在软骨缺损部位进行原位打印。该方法打印成型的PEG 水凝胶的压缩模量与天然关节软骨接近。打印后软骨细胞能在水凝胶支架内均匀分布，而且细胞存活率要比生物墨水先沉积后再进行光照聚合的成型方法高26%。值得注意的是，打印后支架能与周围的天然组织紧密结合，该性质对于未来体内组织缺损的原位修复非常重要。该方法为开发能直接应用于体内的原位生物打印技术，进行组织缺损原位修复提供了一个重要的手段。
另外，利用凝血的原理，可将含有细胞的凝血酶溶液作为生物墨水，喷入以纤维蛋白原溶液为生物纸的基质中，通过原位凝固形成包裹细胞的纤维蛋白支架。实验证明，该技术打印成型的细胞支架能促进人微血管内皮细胞的增殖和微血管形成。
此外，胶原也是一种应用广泛的组织工程支架材料。将含有细胞的胶原在较低pH 下进行打印后，再在支架表面喷洒碳酸氢钠溶液使体系的pH 升高至中性，促使胶原发生自身物理凝胶化，形成稳定的3D 细胞支架。这种多层细胞打印技术为将来直接进行更为复杂的组织打印技术奠定良好的基础。
结语
生物技术将是21世纪最有前途的技术, 生物医用高分子材料将在其中扮演重要角色, 其性能将不断提高, 应用领域也将进一步拓宽。而近年来迅速发展的3D打印技术由于其可进行个性化定制的特性，在对于生物高分子这样需求十分精密的特定结构与功能材料的制造工艺方面有着飞跃式的提高。然而，总的来说，3D 打印技术在生物高分子材料的制备领域仍处于初始阶段。要实现3D 打印技术在临床的应用还面临很多挑战。尽管3D生物打印面临着形成组织的强度不够、培育组织的存活问题以及缺乏电脑化的工具，解决个性化器官设计等诸多难题，我们仍然可以相当乐观的预见，不久的未来，由3D打印生物高分子的革命性医疗手段会迅猛发展，让我们今天在脑子里构想的蓝图，真正成为明天人类的福祉！
（本文转自中国科学技术大学生命科学院《高分子科学与材料概论》论文，作者：李直凡）
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