打印生物组织工程支架的应用研究(2) -中国组织工程研究杂志社投稿

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打印生物组织工程支架的应用研究(2)

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1.3 机械性能

为了复制体内组织特性，特别是生物力学功能，理想的组织工程支架应该复制本地组织的力学特性。当选择一种聚合物来复制一个目标组织时，本体力学特性作为起点几乎没有价值。低聚物的性质随着分子量的变化而急剧变化。这使得支架刚度的理想调节能够与目标组织相匹配。逐层组装和控制脚手架的微观结构也提供了通过建筑设计调整脚手架机械性能的更多控制。控制结构物机械性能的其他方法包括树脂添加剂、超分子相互作用和交联密度。3D打印合成和天然聚合物机械特性，显示了未来在组织再生中的应用前景。

2 3D打印技术的应用

增材制造能够制造新的和独特的结构，通常不能使用标准加工技术实现。材料挤出3D打印技术，如熔融沉积建模（FDM）、喷嘴沉积直接打印、熔融绘图或成型，由于高热跃迁，与金属或热塑性塑料（如半结晶聚酯）一起使用。挤压和成型添加剂制造工艺通常按需以刀具路径方式沉积熔融样品。颗粒印刷技术，如选择性激光烧结（SLS）使用聚合物粉末构建支架。这些技术分别烧结特定的层来构建三维支架。另一种常用的脚手架增材制造技术是光聚合，如SLA。与材料挤出和SLS相比，使用数字掩模投影设备（DMD）一次制造整个层的能力在打印速度上提供了优势。总制造时间取决于印刷件的尺寸、所需的整体特征分辨率、高度层厚度和照片聚合物固化动力学。来自掩模投影SLA的光一次固化一层，与分别在材料挤压或SLS/SLA中固化一层的喷嘴或激光光栅形成对比。

当瞄准软组织支架时，因为SLA在可打印材料中更为通用，可见光SLA能够在细胞存在的情况下制造支架，提供更均匀分散的细胞支架结构，并消除制造后种子植入。SLA制造使用光源精确控制聚合物支架的微尺度（DMD掩模投影）和纳米尺度（双光子聚合或先进的光刻技术）。结构的逐层组装是使用一个阶段来实现的，该阶段移动所需厚度的距离以允许新的层到光固化。共层高度在SLA范围从25mm-200mm。计算机辅助设计软件通常用于打印光控制结构和尺寸。设计对象的计算机辅助设计文件或3D对象被分割成不同的层。这些层用于引导光源固化聚合物。这项技术允许个性化医疗，因为对患者组织成像可以生成与被替换组织几乎相同的三维复制品。光源和成像光学控制支架（外形尺寸和单个特征）的最终尺寸、分辨率和精确度。最小特征分辨率范围为5mm-300mm。通常用于SLA的光源包括广谱紫外线（UV）灯、单色激光和可见光。光源决定了光的发射波长，SLA光源（紫外光和激光）会影响细胞并引入突变，损伤细胞。可见光SLA技术消除了紫外线的有害影响，并允许细胞分散在聚合物树脂中制造支架。SLA设置通常使用自下而上或自上而下的方法来设计。

3 结束语

结合化学、材料科学和生物技术是开发可生物降解软组织工程支架的关键。合成或天然聚合物本身并不能表现出最佳支架所必需的所有性能。测试新聚合物并结合聚合物系统性已经研究的有助于开发新的和改进的生物降解组织工程支架。这些聚合物还必须保持降解的能力，并且必须保持必要的机械性能，以便在加工后替换目标组织。使用SLA在天然聚合物上构建支架的工作受到限制。因此，将合成的、可调的聚合物力学性能与天然聚合物的生物学性能相结合，创造出一种功能性组织工程支架是将来研究的重点。

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文章来源：《中国组织工程研究》网址: http://www.zgzzgcyj.cn/qikandaodu/2021/0316/1151.html