科学岛团队研发出新型3D生物打印复合材料

近日，记者从中国科学院合肥物质科学研究院了解到，该院强磁场中心研究员王俊峰及其团队研发出新型3D生物打印复合材料，用于组织工程修复领域，并取得了系列研究进展。相关成果日前发表在国际期刊《材料与设计》和《国际生物大分子杂志》上。

3D生物打印技术，作为前沿的生物制造技术，通过使用活细胞、支架材料、生长因子等生物活性物质来构建复杂的生物组织，能够模仿天然组织的功能和形态，在生物组织修复中具有众多优势。

目前，常用的3D生物打印材料包括用于硬组织修复的聚己内酯和聚乳酸-羟基乙酸共聚物，以及用于软组织修复的水凝胶（如明胶、海藻酸盐、透明质酸），但这些材料仍有可优化的空间，特别是在材料的生物相容性、机械性能、可降解性和打印精细度等方面。

生物硼基玻璃（BBG）是一种生物活性材料，能够与人体组织、细胞进行良好相容，还能被机体识别并促进组织的整合，在骨组织修复和再生医学中已有广泛应用。在骨组织修复中，研究团队利用生物硼基玻璃的独特理化特性，结合生物支架体单元，设计了含有不同生物硼基玻璃含量的定制复合材料，并通过选择性激光烧结技术3D打印出高质量的骨缺损修复支架。

实验结果表明，生物硼基玻璃的加入显著改善了支架的综合性能，包括适宜的孔隙率、机械强度、亲水性、体外降解速率、细胞相容性、成骨分化能力及体内成骨和血管生成的生物学性能。

在软组织修复中，团队基于对生物硼基玻璃的特殊内外生物矿化特性的深入研究，将BBG颗粒引入海藻酸钠（SA）中，构建了高精度3D打印的BBG-SA生物墨水。研究表明，BBG与SA结合后，能够有效诱导降解并释放钙离子，启动海藻酸钠的内部凝胶化过程。同时，BBG作为填料，解决了传统使用氯化钙进行外部交联时，造成的凝胶化不均匀和显著收缩问题。通过挤出式3D打印技术，团队设计了含有不同BBG含量的3D打印水凝胶复合支架，并系统评估了BBG-SA水凝胶的流变特性、打印精度和成型收缩情况。

结果表明，添加BBG显著改善了海藻酸钠在3D打印中的低打印精度和成型收缩问题，其中0.5%的BBG-SA配方表现出最佳的可打印性、打印精度和成型收缩，展示了该材质在组织工程3D生物打印中的应用潜力。（鹿嘉惠）