3D打印技术在生物材料中的应用

三维打印技术在生物材料中的应用主讲人：张猛三维打印技术是一种计算机辅助设计的固体分层制造快速成型技术RSCAdv.,2016,6,60355–60371三维打印分类1.熔融沉积制造2.光固化3.选择性激光烧结/熔融4.喷墨打印机三维打印ChiaHN,WuBM.Journalofbiologicalengineering,2015,9(1):1.熔融沉积制造Fuseddepositionmodeling(FDM)vanNoortR.Dent,1995,74:341-4.熔融沉积制造概念：将熔化的热塑性材料通过两个喷头沉积出特定的图案的制造工艺。流程:热塑性材料加热熔融-通过喷头挤出-计算机控制二维平面运动得到图案-支撑材料填充孔隙-平台下降进行下一层打印-得到三维立体材料优点：高孔隙率，力学性能好缺点：热塑性材料粘性、导热性、流变性要求高；高的挤出温度限制了材料与活细胞及温度敏感的生物制剂的结合。NingXu.ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,14952-14963.熔融沉积法制备3D人造骨制备流程及表征所用粉体：PCL/HANingXu.ACSAppl.Mater.Interfaces2014,6,14952-14963.体外实验光固化Stereolithography(SLA)MelchelsFP,FeijenJ,GrijpmaDW.Biomaterials.2010;31:6121–30.光固化概念：利用激光使光敏树脂分层聚合的制造工艺流程：腔槽内装载液态光敏树脂——计算机控制激光扫描进行光聚合——固化的树脂沉积在平台上——平台下降进行下一层的扫描——得到三维立体材料材料要求：光聚合；需要光引发剂和自由基辅助光聚合优点：易去除未固化的树脂；分辨率高（~1.2µm）由激光光斑直径控制缺点：缺乏生物相容性良好的树脂；对于硬组织来说力学性能差3DBioprintingaCell-LadenBoneMatrixforBreastCancerMetastasisStudyZhouX,etal.ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,8(44):30017-30026.ZhouX,etal.ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,8(44):30017-30026.LauraE.J.Mater.Chem.B,2015,3,8348.选择性激光烧结Selectivelasersintering/melting(SLS)PattanayakDK.ActaBiomater.2011;7:1398–406选择性激光烧结概念：高功率激光融合小颗粒粉体材料的固体快速成型技术流程：粉末与粘结剂结合形成前驱体——在平台表面铺上一层前驱体——计算机控制高功率激光扫描——烧结完成再铺上下一层前驱体——得到三维立体材料优点：不需要支撑材料；不需要有机溶剂；不同层间组分可调；高强度缺点：热传导导致边缘融合降低分辨率；孔隙大小受粒子尺寸限制PengW,etal.Biomedicalengineeringonline,2016,15(1):85.Amulti-rooteddentalimplantResultoftorquetestfortheRBMimplantandMRITitaniumalloyenablesosseointegrationofporousmulti-rootedimplants三维打印Three-dimensionalprinting(3DP)H.W.Kang.Nat.Biotechnol,34(2016),pp.312–319喷墨打印机三维打印概念：利用粘结剂使粉末浆料喷射或挤出的固体快速成型技术流程：金属或生物陶瓷粉体与粘结剂结合形成前驱体——计算机控制打印机针头挤出浆料进行第一层打印——打印机悬臂升高一定距离进行下一层打印优点：每一层的组分任意可变；室温下制备；缺点：分辨率受针头限制（100µm）多巴胺修饰的TCP支架光学照片、SEM及离子释放Biomaterials111(2016)138-148Biomaterials111(2016)138-148纯支架与多巴胺修饰的支架的共聚焦、SEM、组织学成骨活性分析总结1.三维打印不是一种技术，而是一类技术。2.三维打印技术在生物材料领域有广阔的应用前景，也面临诸多问题。