第一情报 ---材料工业

用于3D打印的生物医用材料进展

供稿人:卞志昕  供稿时间:2015-8-26   关键字:3D打印  生物医用材料  进展  

目前应用较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷(SLA)、熔融沉积成型( FDM)、选择性激光烧结( SLS)和三维喷印( 3DP)等,而根据不同工艺所选择的生物材料也不同。

(一)光固化立体印刷

目前常用于SLA 技术制备生物可降解支架材料的高分子原料包括光敏分子修饰的聚富马酸二羟丙酯(PPF)、聚(D,L-丙交酯)(PLA)、聚(ε-己内酯)(PCL)、聚碳酸酯,以及蛋白质、多糖等天然高分子。为了降低液态树脂原料的黏度,还需要加入小分子的溶剂或稀释剂,常用的如可参与光聚合反应的富马酸二乙酯(DEF)和N-乙烯基吡咯烷酮 (NVP) ,以及不参与聚合反应的乳酸乙酯。此外,水凝胶由于被广泛应用于组织工程支架材料与药物的可控释放中,也可用于3D打印中。目前,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。

(二)熔融沉积成型

熔融沉积成型技术所使用的原料通常为热缩性高分子,包括 ABS、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯等。该技术特点是成型产品精度高、表面质量好、成型机结构简单、无环境污染等,但是其缺点是操作温度较高。近年来,利用 FDM 技术制备生物医用高分子材料也受到越来越多的重视,尤其是以脂肪族聚酯为原料制备生物可降解支架材料,取得了相当多的进展,材料的性质受到压力梯度、熔体流速、温度梯度等影响。

(三)选择性激光烧结(SLS)

选择性激光烧结技术常用的原料包括塑料、陶瓷、金属粉末等,其优点是加工速度快,且无需使用支撑材料,但缺点是成型产品表面较粗糙,需后处理,加工过程中会产生粉尘和有毒气体,而且持续高温可能造成高分子材料的降解,以及生物活性分子的变形或细胞的凋亡,该技术不能用于制备水凝胶支架。以生物可降解高分子为原料,利用 SLS技术,也是制备外部形态和内部结构可控 3D 医用高分子材料的有效途径。对支架性能产生影响的主要参数包括颗粒尺寸、激光能量、激光扫描速率、部分床层温度等。

(四)3D 喷印(3DP)

3DP 技术操作简便、产品具有高孔隙率、原料应用范围广,其缺点是产品力学强度较低,产品需进行后处理、只能使用粉末原料等。美国 Therics 公司通过3DP技术,制备了上层组分为PLGA /PLLA,下层为PLGA /TCP的软骨骨复合支架。上层软骨支架区的孔隙率为90% ,而下层成骨区孔隙率控制在55%。研究发现软骨细胞更倾向于黏附于支架的软骨支架区,培养 6 周后可以看到软骨组织的形成。 支架的成骨区力学强度可以达到与人新生松质骨同一数量级。


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