生物3D打印是利用3D打印原理，以加工活性材料包括生物材料、生長(cháng)(zhǎng)因子、細(xì)胞等為主要內(nèi)容，以重建人體組織和器官為目標(biāo)，跨學(xué)(xué)科和領(lǐng)(lǐng)域的新型再生醫(yī)學(xué)(xué)工程技術(shù)(shù)。

我們可以形象的把生物3D打印的過(guò)(guò)程比作給細(xì)胞搭房子的過(guò)(guò)程。生物材料相當(dāng)于磚瓦，生物墨水則相當(dāng)于混凝土，既能把材料相互粘合，又能為細(xì)胞生產(chǎn)(chǎn)提供類(lèi)體內(nèi)生長(cháng)(zhǎng)環(huán)(huán)境，而打印機(jī)則是水泥工人，負(fù)責(zé)將磚瓦與混泥土砌成房子。理論上來(lái)(lái)說(shuō)(shuō)，所有的材料都可以用來(lái)(lái)打印。對(duì)于生物醫(yī)藥等高端領(lǐng)(lǐng)域，打印材料的局限性嚴(yán)重阻礙了打印技術(shù)(shù)的發(fā)(fā)展。打印材料的瓶頸已經(jīng)(jīng)成為研究生物3D打印的重點(diǎn)(diǎn)問(wèn)(wèn)題之一。

 目前生物3D打印材料的問(wèn)(wèn)題主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)(diǎn)： 

 1、可適用的材料成熟度趕不上打印市場(chǎng)(chǎng)發(fā)(fā)展的需求； 

 2、材料打印流暢度不夠；特種材料強(qiáng)度達(dá)不到要求；

 3、材料的安全性和環(huán)(huán)境友好性問(wèn)(wèn)題； 

4、材料的標(biāo)準(zhǔn)化及系列化管理問(wèn)(wèn)題等。

 其中研究在生物醫(yī)學(xué)(xué)上應(yīng)用的材料最引人注目，因?yàn)檫@方面的材料最難做、費(fèi)用最高。生物醫(yī)用材料的3D打印尤為困難，需要考慮材料的強(qiáng)度、安全性、生物相容性、組織工程材料的可降解性等，目前可用于3D打印的生物醫(yī)用材料主要有金屬、陶瓷、聚合物、生物墨水等，其特點(diǎn)(diǎn)是分布范圍較廣，但是種類(lèi)極少。 今天就向大家介紹醫(yī)用金屬材料與醫(yī)用無(wú)(wú)機(jī)非金屬材料，隨著(zhù)生物3D打印技術(shù)(shù)的出現(xiàn)，其又發(fā)(fā)生怎樣了變化呢？

醫(yī)用金屬材料 納米結(jié)構(gòu)粉末的出現(xiàn)

目前用于生物3D打印的SAHOD料主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金等。西安第四軍醫(yī)大學(xué)(xué)西京骨科醫(yī)院打印出與病人鎖骨和肩胛骨完全一致的鈦合金植入假體，并通過(guò)(guò)手術(shù)(shù)成功將鈦合金假體植入骨腫瘤病人體內(nèi)，成為世界范圍內(nèi)肩胛帶不定形骨重建的第一次應(yīng)用，標(biāo)志著(zhù)個(gè)(gè)體化金屬骨骼修復(fù)技術(shù)(shù)的進(jìn)(jìn)一步成熟。 目前，3D打印技術(shù)(shù)的難點(diǎn)(diǎn)之一就是使用難熔金屬進(jìn)(jìn)行打印，特別是像鎢、鉻、錸這類(lèi)熔點(diǎn)(diǎn)很高的金屬，更別提納米級(jí)粉末顆粒了。多年來(lái)(lái)，各國(guó)的科研員們致力于研究可以實(shí)(shí)現(xiàn)即有成本效益，又能達(dá)到理想性能要求的新工藝。 前些日子，外國(guó)科研員開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)了一種新技術(shù)(shù)，一種可以使用3D打印技術(shù)(shù)建造復(fù)雜的納米級(jí)金屬結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)(shù)將可以用于各種各樣的應(yīng)用中，例如在微小的計(jì)算機(jī)芯片上建造3-D邏輯電路，又例如制造工程超輕型飛機(jī)組件，這種工藝能建造具有不同特性的各類(lèi)新型納米材料。 隨著(zhù)納米級(jí)3D打印技術(shù)(shù)的出現(xiàn)和發(fā)(fā)展，納米粉末打印材料成為了研究者們熱議的話(huà)題，金屬粉末占據(jù)了打印粉末市場(chǎng)(chǎng)的主要位置。先進(jìn)(jìn)的納米結(jié)構(gòu)粉末對(duì)超細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)要求高，納米結(jié)構(gòu)粉末可以顯著(zhù)改善打印成品的物理化學(xué)(xué)力學(xué)(xué)性能，這些性能的提高將進(jìn)(jìn)一步拓寬其在生物醫(yī)學(xué)(xué)領(lǐng)(lǐng)域的應(yīng)用。

醫(yī)用無(wú)(wú)機(jī)非金屬材料生物玻璃材料的逆襲

無(wú)(wú)機(jī)非金屬生物材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃、氧化物及磷酸鈣陶瓷和醫(yī)用碳素材料。其中，生物陶瓷具有高硬度、高強(qiáng)度、低比重、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)(yōu)異性能，在醫(yī)學(xué)(xué)骨替代品、植入物，齒科和矯形假體領(lǐng)(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應(yīng)用。但生物陶瓷韌性不高，硬而脆的特點(diǎn)(diǎn)使其加工成形困難，尤其是形狀或內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜陶瓷部件需通過(guò)(guò)模具來(lái)(lái)成形，而模具加工價(jià)(jià)格昂貴且開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)周期長(cháng)(zhǎng)，難以滿(mǎn)足產(chǎn)(chǎn)品的需求。近年來(lái)(lái)，針對(duì)生物陶瓷制作工藝復(fù)雜、成型加工困難的問(wèn)(wèn)題，研究者們采用3D打印技術(shù)(shù)來(lái)(lái)制備生物陶瓷，并取得了長(cháng)(zhǎng)足的進(jìn)(jìn)展。 “絕大多數(shù)生物陶瓷都是用于骨和牙齒等硬組織修復(fù)，但現(xiàn)在通過(guò)(guò)生物學(xué)(xué)效應(yīng)發(fā)(fā)現(xiàn)，生物陶瓷還能夠調(diào)控細(xì)胞，很好地促進(jìn)(jìn)創(chuàng )(chuàng)傷愈合，也可以促進(jìn)(jìn)其它一些軟組織，包括心肌、皮膚、脂肪的再生，還能夠促進(jìn)(jìn)干細(xì)胞分化，用于各種不同的軟組織修復(fù)?！敝袊?guó)科學(xué)(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員常江說(shuō)(shuō)，“因?yàn)櫬罅寇浗M織創(chuàng )(chuàng)傷的修復(fù)都需要血管的生長(cháng)(zhǎng)，如果生物陶瓷材料能夠促進(jìn)(jìn)血管的再生，就可以修復(fù)更多的軟組織創(chuàng )(chuàng)傷?！? 生物玻璃是內(nèi)部分子呈無(wú)(wú)規(guī)排列狀態(tài)(tài)的硅酸鹽的聚集體，主要含有鈉、鈣、磷等幾種金屬離子，在一定配比和化學(xué)(xué)反應(yīng)條件下，會(huì )(huì)生成含有羥基磷酸鈣的復(fù)合物，具有很高的仿生性，是生物骨組織的主要無(wú)(wú)機(jī)成分。 由于生物玻璃材料具有降解性和生物活性，能夠誘導(dǎo)骨組織的再生，因此在骨組織工程的研究領(lǐng)(lǐng)域被作為組織工程支架材料廣泛應(yīng)用，在無(wú)(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。研究者曾用生物玻璃材料制備出猴子大腿骨，植入其體內(nèi)，經(jīng)(jīng)一定時(shí)(shí)間后取出研究，發(fā)(fā)現(xiàn)再生的猴子骨細(xì)胞已長(cháng)(zhǎng)入生物玻璃的網(wǎng)(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)，且結(jié)合非常緊密；并且經(jīng)(jīng)力學(xué)(xué)實(shí)(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)(fā)現(xiàn)這種人造骨比原骨力學(xué)(xué)性能更優(yōu)(yōu)。 生物3D打印技術(shù)(shù)帶動(dòng)(dòng)材料學(xué)(xué)發(fā)(fā)展 目前，隨著(zhù)生物3D打印技術(shù)(shù)的逐漸成熟，越來(lái)(lái)越多的人開(kāi)(kāi)始關(guān)(guān)注其所需要的生物材料，開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)出更多生物相容性好，包含活性組分，機(jī)械強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足體內(nèi)植入需求的材料成為新的研究制高點(diǎn)(diǎn)。 Nova菌也認(rèn)為，生物3D打印技術(shù)(shù)不僅僅是一門(mén)創(chuàng )(chuàng)新的技術(shù)(shù)，更是各相關(guān)(guān)領(lǐng)(lǐng)域所必需運(yùn)用的科學(xué)(xué)手段，通過(guò)(guò)生物3D打印技術(shù)(shù)，能夠挖掘更多的生物相容性材料來(lái)(lái)滿(mǎn)足臨床，乃至未來(lái)(lái)器官制造的需求，在骨骼治療中，隨著(zhù)納米級(jí)結(jié)構(gòu)粉末的出現(xiàn)與生物玻璃材料的逆襲，我們不難看出，“人造骨”正在不斷進(jìn)(jìn)化，各類(lèi)訂制化、富有生物活性的人工骨骼將在未來(lái)(lái)服務(wù)(wù)于大量的骨損病人。 魔猴網(wǎng)(wǎng)這篇文章介紹了隨著(zhù)生物3D打印技術(shù)(shù)的日趨成熟，醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用無(wú)(wú)機(jī)非金屬材料有著(zhù)重大突破。生物3D打印技術(shù)(shù)是一個(gè)(gè)共同發(fā)(fā)展大事，隨著(zhù)打印技術(shù)(shù)的發(fā)(fā)展，一方面帶動(dòng)(dòng)了材料學(xué)(xué)的創(chuàng )(chuàng)新，另一方面，各類(lèi)適用于生物3D打印技術(shù)(shù)的材料突破，也直接反哺了生物3D打印技術(shù)(shù)。

來(lái)(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)(wǎng)