生物3D打印是利用3D增材制造原理，以加工活性材料包括生物材料、生長因子、細胞等為主要內容，以重建人體組織和器官為目標，跨學科和領域的新型再生醫(yī)學工程技術。
我們可以形象的把生物3D打印的過程比作給細胞搭房子的過程。生物材料相當于磚瓦，生物墨水則相當于混凝土，既能把材料相互粘合，又能為細胞生產提供類體內生長環(huán)境，而打印機則是水泥工人，負責將磚瓦與混泥土砌成房子。理論上來說，所有的材料都可以用來打印。對于生物醫(yī)藥等領域，打印材料的局限性嚴重阻礙了打印技術的發(fā)展。打印材料的瓶頸已經成為研究生物3D打印的重點問題之一。
目前生物3D打印材料的問題主要體現在以下幾點：
1、可適用的材料成熟度趕不上打印市場發(fā)展的需求；
2、材料打印流暢度不夠；特種材料強度達不到要求；
3、材料的安全性和環(huán)境友好性問題；
4、材料的標準化及系列化管理問題等。
其中研究在生物醫(yī)學上應用的材料引人注目，因為這方面的材料難做、費用高。生物醫(yī)用材料的3D打印尤為困難，需要考慮材料的強度、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，其特點是分布范圍較廣，但是種類極少。
今天就向大家介紹醫(yī)用金屬材料與醫(yī)用無機非金屬材料，隨著生物3D打印技術的出現，其又發(fā)生怎樣了變化呢？
醫(yī)用金屬材料 納米結構粉末的出現
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)大學西京骨科醫(yī)院打印出與患者鎖骨和肩胛骨完全一致的鈦合金植入假體，并通過手術成功將鈦合金假體植入骨腫瘤患者體內，成為世界范圍內肩胛帶不定形骨重建的應用，標志著個體化金屬骨骼修復技術的進一步成熟。
目前，3D打印技術的難點之一就是使用難熔金屬進行打印，特別是像鎢、鉻、錸這類熔點很高的金屬，更別提納米級粉末顆粒了。多年來，各國的科學家們致力于研究可以實現即有成本效益，又能達到理想性能要求的新工藝。
前些日子，外國科學家開發(fā)了一種新技術，一種可以使用3D打印技術創(chuàng)建復雜的納米級金屬結構。這種技術將可以用于各種各樣的應用中，例如在微小的計算機芯片上創(chuàng)建3-D邏輯電路，又例如制造工程超輕型飛機組件，這種工藝能創(chuàng)建具有不同特性的各類新型納米材料。
隨著納米級3D打印技術的出現和發(fā)展，納米粉末打印材料成為了研究者們熱議的話題，金屬粉末占據了打印粉末市場的主要位置。先進的納米結構粉末對超細的晶體結構要求高，納米結構粉末可以顯著改善打印成品的物理化學力學性能，這些性能的提升將進一步拓寬其在生物醫(yī)學領域的應用。
醫(yī)用無機非金屬材料 生物玻璃材料的逆襲
無機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、高強度、低密度、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，在醫(yī)學骨替代品、植入物，齒科和矯形假體領域有著廣泛的應用。但生物陶瓷韌性不高，硬而脆的特點使其加工成形困難，尤其是形狀或內部結構復雜陶瓷部件需通過模具來成形，而模具加工價格昂貴且開發(fā)周期長，難以滿足產品的需求。近年來，針對生物陶瓷制作工藝復雜、成型加工困難的問題，研究者們采用3D打印技術來制備生物陶瓷，并取得了長足的進展。
“絕大多數生物陶瓷都是用于骨和牙齒等硬組織修復，但現在通過生物學效應發(fā)現，生物陶瓷還能夠調控細胞，很好地促進創(chuàng)傷愈合，也可以促進其它一些軟組織，包括心肌、皮膚、脂肪的再生，還能夠促進干細胞分化，用于各種不同的軟組織修復。”中科院上海硅酸鹽研究所研究員常江說，“因為很多軟組織創(chuàng)傷的修復都需要血管的生長，如果生物陶瓷材料能夠促進血管的再生，就可以修復更多的軟組織創(chuàng)傷。”
生物玻璃是內部分子呈無規(guī)排列狀態(tài)的硅酸鹽的聚集體，主要含有鈉、鈣、磷等幾種金屬離子，在一定配比和化學反應條件下，會生成含有羥基磷酸鈣的復合物，具有很高的仿生性，是生物骨組織的主要無機成分。
由于生物玻璃材料具有降解性和生物活性，能夠誘導骨組織的再生，因此在骨組織工程的研究領域被作為組織工程支架材料廣泛應用，在無機非金屬材料領域具有非常廣闊的應用前景。研究者曾用生物玻璃材料制備出猴子大腿骨，植入其體內，經一定時間后取出研究，發(fā)現再生的猴子骨細胞已長入生物玻璃的網狀結構內，且結合非常緊密；并且經力學實驗測試發(fā)現這種人造骨比原骨力學性能更優(yōu)。
生物3D打印技術帶動材料學發(fā)展
目前，隨著生物3D打印技術的逐漸成熟，越來越多的人開始關注其所需要的生物材料，開發(fā)出更多生物相容性好，包含活性組分，機械強度能夠滿足體內植入需求的材料成為新的研究高地。
Nova菌也認為，生物3D打印技術不僅僅是一門創(chuàng)新的技術，更是各相關領域所必須運用的科學手段，通過生物3D打印技術，能夠挖掘更多的生物相容性材料來滿足臨床，乃至未來器官制造的需求，在骨骼治療中，隨著納米級結構粉末的出現與生物玻璃材料的逆襲，我們不難看出，“人造骨”正在不斷進化，各類定制化、富有生物活性的人工骨骼將在未來服務于大量的骨損患者。
本文介紹了隨著生物3D打印技術的日趨成熟，醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用無機非金屬材料有著重大突破。生物3D打印技術是一個共同發(fā)展大事，隨著打印技術的發(fā)展，一方面帶動了材料學的創(chuàng)新，另一方面，各類適用于生物3D打印技術的材料突破，也直接反哺了生物3D打印技術。
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