生物医用材料的发展对生物3D打印技术的影响有多大呢？

生物医用材料的发展对生物3D打印技术的影响有多大呢？影响生物3D打印技术发展的因素有很多，其中生物材料的属性与3D打印机的技术发展，直接决定了最终的打印成果。生物3D打印技术的发展对材料学的影响有多大？接下来，就带你了解一下吧！一方面，3D打印技术的不断成熟，无论是打印机精度的提高还是打印机信息交换能力升级，从单个喷头到多个喷头，从落地式到桌面式打印机，这些技术的发展，都给了最终打印物极大的可能性。另一方面，随着3D打印机的趋于成熟，聚焦于生物医学领域的生物医用材料的研究与发展也成为生物3D打印能够取得突破性进展的重中之重。诺普再生自主研发的OPUS-PRO打印机是具有高达7个打印喷头的集成化多喷头打印机，突破了现有3D打印机打印尺寸的限制，实现了所有生物打印材料（包括细胞、天然大分子、合成高分子等材料）的同时打印。医用高分子材料脂肪族聚酯类材料受追捧近年，生物医用高分子材料可谓异军突起，成为发展最快的生物医学材料。生物医用高分子材料的发展从最开始仅仅利用现成的高聚物到利用合成反应在分子水平上设计合成具有特殊功能的高聚物。目前研究又进入了一个新的阶段，寻找具有主动诱导、刺激人体损伤组织再生修复的一类生物活性材料成为热点。▲西安交大研发出针对不可按压止血的快速止血材料医用高分子打印材料具有非常优异的加工性能，可适用于多种打印模式，其中应用最多的是熔融沉积打印和紫外光固化打印两种模式。熔融沉积打印所使用的是热塑性的高分子材料，目前最受研究者青睐的是可降解的脂肪族聚酯类材料，如PLA、PCL。▲垃圾填埋场中的PLA生物降解来源：金属，材料与矿物学报原材料只需要拉成丝状即可打印，打印材料的制备过程简单，一般不需要添加打印助剂。紫外光固化打印所用的是液体光敏树脂，液态树脂中包含有聚合物单体、预聚体、光（敏化）固化剂、稀释剂等，液态树脂的成分以及光固化度都会影响打印产品的性能，尤其是医疗产品的生物相容性和生物活性。诺普再生研发的OPUS打印平台具有临床实用性的打印工艺，可打印具有维管的精细三维结构，构建出类似细胞外间质的微环境，加之引入了特有的高分子材料，可打印出与人体相似强度的组织。复合生物材料生物矿化的催化剂复合材料是指两种以上不同物理结构或者不同化学性质的物质，以微观或宏观形式组合而成的材料或者是连续相的基体与分散相的增强材料组合的多相材料，这类材料用于人工器官、修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾病等医疗保健领域，并具有良好生物相容性，则称为复合生物材料。▲荷兰设计师团队正在创造由有机水生植物材料制成的生物塑料和生物聚合物FalguniPati等采用多喷头3D技术成功打印出PCL/PLA/β-TCP复合生物材料支架，并将hTMSCs细胞种植于支架，共培养２周，使hTMSCs细胞生长过程中分泌的细胞外基质附着在支架上，然后进行脱细胞实验去除支架上hTMSCs细胞，保留细胞外基质，从而得到PCL/PLA/β-TCP/ECM多组分具有生物活性的复合生物材料支架。该支架中的材料能够很好地取人之长，补己之短，各组分相辅相成，既能达到骨组织工程材料的力学要求，又能够促进生物矿化过程。ECM中还包含了多种调节骨细胞生长分化的因子，有望成为骨组织工程支架材料研究的新方向。来自RMIT大学的研究人员开发了一种开创性的3D打印钛植入技术，用合成钻石涂层，以提高与人体的生物相容性。钻石被认为是许多文化中财富和地位的象征，具有诱人的吸引力，可以捕捉任何流浪的眼睛。这种固体形式的碳通常用于代表神圣的婚姻或对高级时装做出喧嚣的陈述，但它的用途不仅仅是一种优雅的配饰。得益于RMIT大学的新发展，这种令人垂涎的金光闪闪可能很快将在改善钛植入物功能方面发挥不可或缺的作用。由RMIT大学工程学院的KateFox博士领导的研究团队一直在使用人造金刚石涂覆3D打印钛植入物，旨在提高生物相容性。细胞参与的生物3D打印材料细胞直接参与的生物3D打印是一门多学科交叉综合的超级学科，需要利用生物学、医学、材料学、计算机科学、分子生物学、生物化学等多个学科的原理与技术，其中，打印材料的选择是亟需突破的难点之一。水凝胶是由高聚物的三维交联网络结构和介质共同组成的多元体系，作为新型的生物医用材料引起了研究者们的广泛关注。医用水凝胶具有良好的生物相容性，其性质组成与细胞外基质相类似，表面粘附蛋白质和细胞的能力弱，基本不影响细胞的正常代谢过程。水凝胶的存在可以进行细胞的保护、细胞间的黏合扩展及器官的构型。▲水凝胶的自愈合和剪切稀化性能生物医用材料与生物3D打印技术相辅相成Nova菌在上文为大家展示了三类生物医用材料，如上可知，对于生物3D打印技术而言，生物打印材料的自身属性与打印属性都决定着最终能否完成组织器官的打印。3D技术与组织工程的结合将为生物组织与器官的重建开辟崭新的研究领域。“生物墨水”中3D打印生物材料的研究与开发。实现组织与器官的原位3D打印是科学家们梦寐以求的结果。目前的技术水平仅仅达到了在体外打印有外形无功能的组织与器官，打印材料是其中的难点之一。开发出具有适当力学性能，良好生物相容性，具有生物活性的生物打印材料，将它与活细胞、生物交联剂（法）、信号分子组成“生物墨水”，力争将目前3D打印器官存在的诸多问题一一攻破，为实现3D打印真正造福人类奠定基础。另外，打印材料与细胞、组织以及血液之间的相容性研究也是重点之一。随着材料学的日益发展，对生物打印材料的要求日渐严苛，打印材料不仅仅要安全无毒，还要起到支架的作用，更要求其具有一定的生物功能，能够保证物质能量自由交换、细胞活性和组织的三维构建。因此，对打印材料的生物相容性的研究是必不可少的。