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3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

发布时间：2017-02-10 09:14

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3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

6期贺超良等：3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

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浦项科技大学Cho等使用PPF/HA为原料，制备了3D复合支架材料

［26］

生物体的匹配，因此具有独特的优势．适用于立体印刷技术制备水凝胶的常用原料包括（甲基）丙烯酸酯封端的PEG，并可通过引入细胞黏附肽RGD、肝素等生物分子，实现在微观结构上调控细胞的黏附或生长因子的释放

［32］

．获得的支架材料的孔和

骨架结构均一，且孔间相互贯通，使用HA粉末能有效地产生纳米/微米尺度形态．加入HA能进一步促进胚胎成骨细胞前体细胞在支架上的黏附和增殖．日本东京医科大学的Matsuo等以聚（L-乳酸/HA）（PLLA/HA）为原料，制备了可吸收多孔托架，辅助牙齿移植材料一起，用于下颌骨肿瘤切获得了比金属钛支架更好的除后的下颌骨重建，修复效果

［27］

．材料的性质受到

［33］

紫外光照时间和原料浓度的影响．美国德克萨

斯大学埃尔帕索分校的Arcaute等以PEG双丙烯酸酯（PEG-DA）为原料，利用立体印刷技术制备了具有多内腔结构的水凝胶神经导管支架

［34］

．该

．另外，以碳酸酯寡聚体-双甲基丙烯支架材料经冻干/溶胀后，能较好的维持材料的初适合于体内移植．具有较高PEG含量的始形态，

水凝胶具有较好的抗缝合线拔出强度，而具有多内腔的导管比只含有单内腔的导管表现出更高的抗压强度，与市售的神经导管的抗压能力相当．美国康奈尔大学的Butcher等以PEG-DA/藻酸盐复合原料制备了主动脉瓣水凝胶支架（图3（a））［35］．该水凝胶的弹性模量可在5.3～74.6kPa范围内变化．制备较大的瓣膜可获得更高的精确度．种植于水凝胶支架上的猪主动脉瓣间质细胞在培养21天后具有接近100%的存活率．另通过立体印刷技术，以甲基丙烯酸修饰的外，

PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物为原料，可以制备出多孔或非多孔水凝胶，材料具有较窄的孔径分布、良好的贯通性和力学性质

［36］

2）/HA为原料，利用立体印刷技术制酸酯（OCM-成的复合材料能促进骨形成，以及材料与骨的结合

［28，29］

．尤其是，材料经过超临界CO2处理后，增

加了材料与骨组织的接触面积，显著提高了材料的生物相容性．1.2

生物可降解水凝胶

水凝胶是一种具有高水含量的亲水性或双亲性聚合物三维网络

［30，31］

．由于水凝胶具有良好的

以及与人体软组织相似的力学性质，生物相容性，

因此被广泛应用于组织工程支架材料与药物的可传统的水凝胶制备方法主要是通控释放中．目前，

过高分子链间的化学反应或物理相互作用，难以实现对水凝胶外部和内部结构的精确调控．而3D打印技术则能实现对材料外部形态和内部微结构有利于调控细胞的分布，以及材料与的精确调控，

．所得的水凝胶能促

进人间充质干细胞的黏附和生长

3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展

．

Fig．3（a）Printedheterogeneousvalve，whererootwasformedwith700MWPEG-DAhydrogelwhiletheleafletswereformedwith700/

8000MWPEG-DAhydrogels．Keyfeaturessuchasthecoronaryostiumandsinuseswerepresented（ReproducedwithpermissionfromRef．［35］；Copyright2012IOPPublishing）．（b）Photographof3Dprintedhyaluronicacid/dextranhydrogel（Scalebarindicates25mm；ReprintedwithpermissionfromRef．［37］；Copyright（2011）AmericanChemicalSociety）

天然高分子也可作为立体印刷技术的原料制备水凝胶．例如，以甲基丙烯酸酯修饰的明胶为原料，制备了微结构可控的水凝胶

［38］

表型和生物功能（图4）．另外，以苄酯修饰的透明质酸衍生物或甲基丙烯酸羟乙基酯（HEMA）修饰的葡聚糖/透明质酸（Dex-HEMA/HAc）为原料制备的3D水凝胶，具有良好的细胞相容性备了耳廓支架

［39］

［37，39］

．水凝胶的力

学性质可以通过改变原料结构和高分子浓度来调节．材料孔结构的贯通性能促进人脐静脉内皮细并能维持细胞的胞（HUVEC）的均一分布和分化，

．通

过以苄酯修饰的透明质酸衍生物为原料，成功制

．

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