3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展_贺超良.pdf

第6期高分子学报No．6
2013年6月ACTAPOLYMERICASINICAJun．，2013

·综述·

3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究进展*

贺超良汤朝晖田华雨陈学思＊＊

(中国科学院长春应用化学研究所中科院生态环境高分子材料重点实验室长春130022)

摘要3D打印技术能够根据不同患者需要，快速精确制备适合不同患者的个性化生物医用高分子材料，并
能同时对材料的微观结构进行精确控制．因此，这种新兴的医用高分子材料制备技术在未来生物医学应用
(尤其是组织工程应用)中具有独特的优势．近年来，对于3D打印技术制备生物医用高分子材料的研究开发
受到了越来越多的关注．不同的生物相容高分子原料被应用于3D打印技术，而这些3D成型高分子材料被用
于体外细胞培养，或动物模型的软组织或硬组织修复中．本文主要介绍了近年来3D打印技术在生物医用高
分子材料制备中的研究进展，并对该领域的未来应用和挑战进行了展望．
关键词3D打印技术，个性化，医用高分子，组织工程

3D打印技术(又称3D快速成型技术或增材CT等成像数据，经计算机3D建模转换后，再以
制造技术)是20世纪80年代后期开始逐渐兴起STL格式文件输入到计算机系统中，并分层成二
的一项新兴制造技术，它是指在计算机控制下，根维切片数据，通过计算机控制的3D打印系统进
据物体的计算机辅助设计(CAD)模型或计算机行逐层打印，叠加后最终获得三维产品．目前应用
断层扫描(CT)等数据，通过材料的精确3D堆积，较多的3D打印技术主要包括光固化立体印刷
快速制造任意复杂形状3D物体的新型数字化成(SLA)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结
［］［］
型技术1～3．3D打印技术的基本制造过程是按(SLS)和三维喷印(3DP)等(图1)3．
照“分层制造、逐层叠加”的原理．例如，可以根据

Fig．1SchEmaticillustrationsoftypical3DprintingtEchnologiEs:(a)stErEolithography(REprintEdfromREf.［4］;Copyright
(2010)，withpErmissionfromElsEviEr)and(b)fusEddEpositionmodEling(REprintEdfromREf．［5］;Copyright(2002)，with
pErmissionfromElsEviEr)

*庆祝王佛松院士80华诞专稿;2012-12-27收稿，2013-01-21修稿;国家自然科学基金(基金号51003103，21174142，51173184，
21074129，51021003，51233004)和科技部国际合作与交流专项(项目号2011DFR51090)资助项目．
＊＊通讯联系人，E-mail:[e-mail]
doi:10.3724/SP．J．1105.2013.12430

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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723

3D打印技术的应用领域也在随着技术的进
1光固化立体印刷
步而不断扩展，包括生活用品、机械设备、生物医
［］
用材料，甚至是活体器官6．在生物医学领域，目1.1生物可降解组织工程支架
前3D打印技术在国际上已开始被应用于器官模光固化立体印刷技术(SLA)使用的原料为液
型的制造与手术分析策划、个性化组织工程支架态光敏树脂，也可在其中加入其他材料形成复合
材料和假体植入物的制造、以及细胞或组织打印材料．它是采用计算机控制下的紫外激光束以计
［］
等方面6～8．例如，在骨科、口腔颌面外科等外科算机模型的各分层截面为路径逐点扫描，使被扫
疾病中通常需要植入假体代替损坏、切除的组织，描区内的树脂薄层产生光聚合或光交联反应后固
以恢复相应的功能以及外观，然而，目前临床所使化，当一层固化完成后，在垂直方向移动工作台，
用的替代材料都是按照固定模式制造，难以与患使先前固化的树脂表面覆盖一层新的液态树脂，
者的缺损部位完美匹配，无法获得十分满意的效逐层扫描、固化，最终获得三维原型(图1(a))．
果．而利用3D打印技术则可以根据不同患者的SLA技术具有高精度、性能稳定、产品力学强度高
等优点，其缺点是成型产品需要清洗除去杂质，可
CT、磁共振成像(MRI)等成像数据，快速制造个
性化的组织工程支架材料，甚至可以携带细胞对能造成产品变形．SLA技术是目前技术最成熟和
组织缺损部位进行原位细胞打印，该技术不仅能应用最广的3D打印技术．
实现材料与患者病变部位的完美匹配，而且能在目前常用于SLA技术制备生物可降解支架
微观结构上调控材料的结构，以及细胞的排列，更材料的高分子原料包括光敏分子修饰的聚富马酸
有利于促进细胞的生长与分化，获得理想