3D打印技術在生物高分子中的應用綜述(2)
美國密歇根大學的Das等使用PCL 為原料，通過SLS 技術制備了3D 可降解多孔支架，支架該結果達到或接近了人松質骨力學性質范圍。獲得的3D 支架材料能與動物骨組織良好的結合，具有良好的生物相容性。按照豬的下頜髁突原型，制備了PCL 下頜髁突支架．使用NaCl 等致孔劑，可獲得具有高孔隙率的3D支架材料。
另外，由于SLS 技術操作過程中會產生高溫，因此為了減少可降解高分子原料在加工過程中發生降解，或造成原料中的生物活性分子變性，開發了一種表面SLS 技術。該技術可以控制燒結過程中只融化顆粒的表層原料。
4．3D 噴印
3D 噴印( 3DP) 技術是在基底表面鋪上薄層粉末原料，然后通過計算機CAD 模型控制噴頭按照指定路徑將液態粘結劑噴在粉末的設定區域，該層粉末粘結后上下移動操作臺，并在粘結層表面鋪上新的薄層粉末，通過逐層粘結，最后除去未粘結的粉末原料，獲得三維原型材料。
3DP 技術操作簡便、產品具有高孔隙率、原料應用范圍廣，其缺點是產品力學強度較低，產品需進行后處理、只能使用粉末原料等。
（二）直接攜帶細胞打印的生物打印技術
遠程醫療、個性化醫療是世界醫療的發展趨勢。3D打印技術采用不同的"油墨"材料可以生產出各種人造器官和組織，能滿足臨床患者個體要求。金屬、樹脂、石膏、陶瓷、高分子、生物大分子等均被創造性地應用于3D打印以生產生物制品。
直接通過3D 打印技術控制細胞在微觀尺度的排列分布，對于調節細胞行為、細胞間的相互作用、細胞與材料間的相互作用，以及促進細胞最終形成功能組織具有十分重要的意義。另外，相比于在已成型的支架中種植細胞，直接攜帶細胞打印可以獲得更高的細胞密度。因此，近年來通過直接攜帶細胞進行3D 打印的細胞或組織打印技術受到了廣泛的關注。由于水凝膠與天然軟組織細胞外基質在結構、組成和力學性質上的相似性，目前的細胞和組織打印技術主要是基于攜帶細胞的水凝膠的3D 沉積技術。
對于3D 打印成型的攜帶細胞水凝膠支架的基本要求包括：
( 1 ) 水凝膠在工作臺沉積后能快速原位成型，并維持初始沉積的形狀；
( 2) 保持細胞活性和功能；
( 3 ) 打印成型的支架容易進行后處理。
目前一種常用的細胞打印技術是以雙鍵封端的PEG 水溶液與含有細胞的培養液混合，形成可光固化高分子/ 細胞混合溶液，然后通過立體印刷技術，打印成型包覆細胞的3D 水凝膠。
美國斯克里普斯研究所的D'Lima 等以天然牛股骨髁制成體外軟骨缺損模型，以PEGDMA/ 軟骨細胞混合溶液為生物墨水，在紫外光照下，在軟骨缺損部位進行原位打印。該方法打印成型的PEG 水凝膠的壓縮模量與天然關節軟骨接近。打印后軟骨細胞能在水凝膠支架內均勻分布，而且細胞存活率要比生物墨水先沉積后再進行光照聚合的成型方法高26%。值得注意的是，打印后支架能與周圍的天然組織緊密結合，該性質對于未來體內組織缺損的原位修復非常重要。該方法為開發能直接應用于體內的原位生物打印技術，進行組織缺損原位修復提供了一個重要的手段。
另外，利用凝血的原理，可將含有細胞的凝血酶溶液作為生物墨水，噴入以纖維蛋白原溶液為生物紙的基質中，通過原位凝固形成包裹細胞的纖維蛋白支架。實驗證明，該技術打印成型的細胞支架能促進人微血管內皮細胞的增殖和微血管形成。
此外，膠原也是一種應用廣泛的組織工程支架材料。將含有細胞的膠原在較低pH 下進行打印后，再在支架表面噴灑碳酸氫鈉溶液使體系的pH 升高至中性，促使膠原發生自身物理凝膠化，形成穩定的3D 細胞支架。這種多層細胞打印技術為將來直接進行更為復雜的組織打印技術奠定良好的基礎。
結語
生物技術將是21世紀最有前途的技術, 生物醫用高分子材料將在其中扮演重要角色, 其性能將不斷提高, 應用領域也將進一步拓寬。而近年來迅速發展的3D打印技術由于其可進行個性化定制的特性，在對于生物高分子這樣需求十分精密的特定結構與功能材料的制造工藝方面有著飛躍式的提高。然而，總的來說，3D 打印技術在生物高分子材料的制備領域仍處于初始階段。要實現3D 打印技術在臨床的應用還面臨很多挑戰。盡管3D生物打印面臨著形成組織的強度不夠、培育組織的存活問題以及缺乏電腦化的工具，解決個性化器官設計等諸多難題，我們仍然可以相當樂觀的預見，不久的未來，由3D打印生物高分子的革命性醫療手段會迅猛發展，讓我們今天在腦子里構想的藍圖，真正成為明天人類的福祉！
（本文轉自中國科學技術大學生命科學院《高分子科學與材料概論》論文，作者：李直凡）
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