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器官移植仍是治疗尿毒症等诸多医学障碍的最有效临床方式，但器官供应严重不足。随着3D打印技术的发展，生物3D打印应运而生，为快速制造器官带来了希望。

近年来，生物3D打印技术在医用领域内取得了广泛应用，包括颅面移植、冠齿修复、假体器件、外科手术模型、器官打印、骨组织工程支架等方面。接下来，就让我们来了解下这项黑科技吧~

01打印材料

打印材料最重要的标准是生物相容性，使3D打印形成的支架能够适合细胞增殖。生物降解性是另一个重要因素，从而确保人工形成的结构可以在成功移植后被完全自然的细胞结构所取代。

生物3D打印通常使用来自患者自身的细胞，所以不会产生排异反应。除此之外，常用到的材料包括医用金属材料、高分子材料、医用陶瓷材料等。

·医用金属材料

医用金属材料主要用于制造永久植入体，如不锈钢、钴铬合金、钛合金、钽合金的骨科或牙科植入体，这些金属材料具有良好的生物相容性，符合医学标准。目前研发出的一些具有力学性能和生物相容性的新型抗菌合金也可以解决细菌感染或炎症问题，如Co-CrWCu中铜元素就具有抗菌活性并能促进新陈代谢。

医用金属材料在骨科的应用

·高分子材料

高分子材料包括天然生物材料和人工生物材料，主要用于制备医学模型和可降解支架。广泛使用的天然医用高分子材料有壳聚糖、胶原蛋白等，细胞相容性好，能够促进细胞黏附增殖及维持细胞表型，但是力学性能差，易变形。人工高分子材料如聚乳酸、聚乙烯醇等，可以精确控制外形、相对分子质量和降解速度，但表面缺乏细胞黏附的识别位点，细胞分布不均匀且容易流失。

·医用陶瓷材料

陶瓷材料在体内理化性能稳定、具有良好的生物相容性和骨传导性，广泛用于人工关节和牙科植入体。不过，与金属和高分子材料相比，大多数陶瓷材料在烧结后具有不同的固结机制和明显的残余应力，可能会影响其机械强度和孔隙形态。

图：烤瓷牙来源：百度图片

02打印方法

目前生物3D打印主要有三种打印方式：

·挤压成型生物打印

类似传统意义上的3D打印技术，利用机动或气动的方式产生压强，将生物墨水从针头挤出来。其优点在于可以选择不同的针头大小，并且可以调节压强与温度来控制打印速率和分辨率，拥有比较高的精度，且成本相对较低。其弊端在于无法适用于流体材料；其次，由于打印用的材料有很高的粘性，针头容易产生堵塞。

挤压式生物打印中几种不同的quot;生物墨水quot;

·液滴喷射生物打印

工作原理类似喷墨打印机。生物墨水成滴状打印出来，喷头通常数量较多来提高打印速度。利用压电效应、热或气压，通过改变压强来喷出滴状墨水。液滴喷射打印每次喷出一滴墨水，挤压成型打印则是连续的长条形状。液滴喷射打印可以打印流体材料，具有很高的材料适用性，并且它的打印速度相较于挤压成型打印更加的快速。但它的缺点在于喷射出的液体存在溅射而导致精度相对较低。

·激光辅助生物打印

利用化学上的聚合作用，激光使含有细胞的聚合物产生交叉链接，从而硬化形成固体。由于采用的是激光投射，精确度很高且可以打印复杂的形状以及结构。激光打印是目前打印速度最快、精度最高，细胞存活率也有保证的一种生物打印方法，但在成本方面不具有强大竞争力。

激光辅助生物打印

03应用前景

（1）制造病理器官模型

通过制造病理器官模型，可以辅助术前规划和手术治疗分析、假体设计、医学教育、药物测试等。

例如：通过在芯片上打印人体器官，可以更好的模拟人体内部环境，从而用来提高检测药物的准确性和效率。下图显示了整合了心脏、肺和肝的系统，相比传统的药物检测方法，这样可以在实验室中以更低成本并且更好地模拟活体环境。

模块化器官芯片硬件系统来源：[3]

（2）永久非生物活性植入物的个性化制造

牙科和骨科常用的永久性医疗植入物需要不可降解的生物材料，三维打印可以实现任何复杂植入物的个性化实时制造，具有尺寸精度高、生产周期短等优点。

（3）直接打印具有完整生命功能的组织和器官

使用核磁共振或CT来扫描患者的待移植器官，获得器官的三维模型；提取患者本人的组织进行扩增培养，制成生物墨水，从而打印出需要的器官。

图：器官打印来源：百度图片

不得不说，等生物3D打印技术发展成熟，将会是患者们的福音！

参考文献：

[1]Ozbolat,IbrahimT.,andMonikaHospodiuk.Currentadvancesandfutureperspectivesinextrusion-basedbioprinting.Biomaterials76():-.

[2]Zhu,Wei,etal.Direct3Dbioprintingofprevascularizedtissueconstructswith

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