3D 打印技术在组织修复中的应用.docx

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1、前言1.1.3D打印技术可以根据患者需求进行个性化的结构构建，在精准医学领域受到额外关注。3D打印技术经过几十年的高速发展，取得了巨大的进步，在组织修复领域扮演者越来越重要的角色,可打印材料是3D打印技术取得成功的一大因素，特别是高端3D打印生.物材料对产品的性能起着决定性作用。如将具有生物活性的可降解材料通过3D打印成多孔支架，可以引导组织器官再生修更，当组织器官完全修发后，支架可以在体内降解，最终通过代谢推出体外。木文重点介绍T3D打印用生物材料及其在盥织修史领域的应用。熔融沉积成型3D打印技术Fi1.ament熔融沉积成型3D打印技术主要用丁热泉性聚合物的增材制造，将熔融态的聚合物挤压到

2、打印平台上成型。如图所示，聚合物线卷在滚轴的带动卜.被送入打印头,打印头通过预设的湿度加热到聚合物熔点，随着聚合物的熔泄，聚合物黏度减小,流动性增强,最后通过打印头中间的小孔被挤到打印平台上。由于环境温度降低,熔融的聚合物机械强度得到恢复，在打印平台上固化成型“打印头可以在X,y轴平面移动，当第一层打印完成后，打印头沿着Z轴方向移动一层的距离，接着进行第二层打印，如此反复直到打印完成“熔融沉枳成型3D打印技术的统卷一般为1.75mm和2.85mm这两个标准尺寸，市面上可以买到各种聚合物的打印材料.熔时沉积成型3D打印技术的分辨率主耍由打印头的精度决定，X和y平面内的分辨率通常可以达到百微米级，

3、z轴方向的分辨率可达IOUm，该3D打印技术具有打印方便、快捷的优点，主要不足是对某些悬空结构无法直接打印，需要借助支授材料（牺牲材料）才能实现，最后通过将支撑材料除去得到想要的三维结构喷3D打印技术喷墨3D打印技术采用叫喷墨”进行3D打印，类似于普通打印机原理，将喷嘴处的小液滴通过施加动力喷到打印平台上,喷墨3D打印技术使用的材料为生物枭水,具有流动性,在压力的作用卜将液滴喷射出来。相对熔融沉枳成型3D打印技术，喷墨3D打印技术工作条件相对温和，可以进行活细胞打印.将活细胞与生物显水混合，可以打印出具有生物活性的三维结构，用于细胞治疗等领域。需要注意的是，喷鬓3D打印技术施加的压力可能会对细

4、胞造成损伤，进而影响细胞的功能。另外该打印技术打印的3D结构力学性旗较弱，容易变形，不适合构建复杂结构的:维形态。直接水书写3D打印技术PressureF1.uidP1.atfnmi直接墨水书写3D打印主要以流体为原料进行3D打印成型。在压力作用卜.，流体被挤出打印头沉积在打印平台上.流体一般是聚合物、矿物质与水或有机溶剂的溶液或悬浮液，沉积到打印台上后随溶剂的挥发而固化，或者使用物理化学方法促使体系交联形成特定结构的：维构型，如用紫外光交联烯烬类物质。直接盘水书写3D打印技术的原理和构建都比较荷单，相对同样使用流体作为打印材料的喷盘3D打印技术，对黏度较大的流体可能会使用比较大的压力，对细胞

5、的伤杏也会更严重一些。激光烧结3D打印技术PowdcrP1.atfbrm激光烧结3D打印技术采用激光高温熔融固化粉末固体,粉末状材料大多为金屈、无机物和聚合物颗粒，原理如图所示。在激光作用下，粉末状材料被加热到高温熔融,冷却后固化在一起。当一层图案打印完成后，打印台向下移动一层的距离，同时另层的粉末材料被添加到打印槽里继续打印。激光烧结3D打印技术由于粉末固体具有一定的承全作用，所以相对其他3D打印技术的一大优势是可以打印各种悬空结构，旦打印分辨率也非常高，在工业界常用来制备高端配件。3D打印可降解生物材料由于P1.A具有优异的生物安全性，在组织再生修复领域有若重要的应用价值。相对于溶剂浇铸的

6、P1.A膜，3D打印的PS膜材料显示出优异的力学性质。细胞实验结果表明，两种方式制备的膜显示出相似的细胞生理活性。为提高Ps植入体表面的细胞亲和性，将聚乙烯醉和羟基磷灰石的现合物通过电纺丝处理沉积在3D打印的PIA螺钉表面上。相对于无任何修饰的P1.A螺钉，实验结果表明，成华前体细胞在表面修饰的P1.A螺钉上表现出更好的钻附性和生长活动聚乙醇酸(PGA)具有与P1.A相似的化学结构，但相对于P1.A.PGA亲水性更强，分子链位阻减小，更容易结晶，这导致PGA溶解性非常差,不溶F大多数常用溶剂。将PGA与具有生.物活性的羟基璘灰石混合制备成员合物，利用3D打印技术制备的空隙为400m的多孔支架表

7、现出优异的力学性质，可以促进细胞成骨分化并矿物质化。当羟基磷灰石的质量分数为12.5%时，多孔支架表现出良好的力学性质、成骨性能和生物降解性.在活体动物实验中，该身合多孔支架成功改善了兔子颅骨临界骨缺损的再生修乩在第八周可以取得47%的骨再生修豆效果。P1.A-PGA共聚物(P1.GA)结合了P1.A和PGA的特点,随着PGA含量的增加(小于50%(W),共聚物的降解速率加快，通过调节这两种聚合物的比例调控共聚物的降解速率，使其与组织器官再生速率匹配.采用聚乙烯醉改善羟基磷灰石的亲和力，与P1.GA发合制备成3D打印墨水，该墨水显示出良好的流动性，并能成功打印成多种支架结构,骨粉干细胞在复合物

8、支架上显示出优异的猛附性、增殖和分化的空物性能。动物实验结果显示，亚合物支架具有优异的成骨表现.为改善P1.GA的3D打印性能，使用二甲基亚网溶剂可低温打印P1.GA与生长因子的更合物。相对没有使用二甲亚网的P1.GA支架，溶剂辅助的P1.GA支架表现出更育的伸展性，且没有表现出细胞毒性，同时，生长因子的加入促进J软骨和成骨等基因的表达。3D打印不可降解生物材料金属钛具有良好的力学性能和弹性模fit,抗腐蚀性好，生物相容性高，己逐步应用于临床医学。量身定制的3D打印钛合金“铠甲”(肋骨板)，可.修复胸壁肿痛切除而造成的胸骨与邻近助软骨缺损，重塑门狗麻的完整性、稳定性以及胸膜腔的密封性，恢更了动

9、态呼吸运动与循环功能，避免了术后植入体脱位和移位以及胸壁摩擦引发的局部损伤和血肿.轻明钛合金的刚性结构不会发生术后形变,还能承受因呼吸和牵拉引起的张力和胸壁本身的重力。此外，钛合金良好的生物和组织相容性降低r术后并发症风险，可达到胸壁重建的手术需求.3d打印钛网颅骨修补片具有生理学和心理学双重诲义，既能防止脑组织再次损伤，有效恢史陋腔的生理密闭性，也让患者恢史r原有面貌，获得美观外形轮廓.钛合金3D打印脊椎触合器可定制适合椎体高度、宽度、深度和角度的腱合曙以兀配椎体生理曲度，在形体外观和运动功能方面促进J椎间融合，获得良好的稳定性。椎间融合涔为战争创伤、意外损伤或病变患者的椎体修更提供了巨大潜力。PEEK是一种聚芳半结晶热缈性聚合物“PEEK可通过传统的塑料加工方式获得，易于3D打印成各种形状，在医学中的应用主要为外科修红。3D打印材料广泛用于颅骨修史。近年来，3D打印PEEK植入材料已进入临床应用阶段，可以把患者原始的曲率完全重现，脸部、颈弓部都可以达到完美的重塑，更好地与人体颅骨组织融合、生长。在颌骨修复方面，将3D打印的PEEK假体填充在半侧颜面短小畸形卜.颔骨中，患者术后面部骨结构对称性好、操作方便、切口疤痕隐蔽、无明显排异反应，取得了良好的临床效果。