這項研究以題為“Direct ink writing of bioactivePCL/laponite bone Implants:Engineering the interplay of design,process,structure,and function”的論文發(fā)表在《生物醫(yī)學技術(shù)》雜志上，揭示了調(diào)整打印油墨和材料沉積方式如何改變植入物的強度和愈合潛力。 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.bmt.2025.100101 DIW是一種基于擠壓的增材制造技術(shù)，它在室溫下使用油墨進行打印，這與依賴加熱絲的FDM技術(shù)不同。據(jù)研究人員稱，他們的3D打印植入物機械性能穩(wěn)定，同時仍能促進骨細胞生長并形成新組織。

△本研究的圖形摘要 

主要發(fā)現(xiàn)
此前已有關(guān)于3D打印骨植入物的研究，那么這項研究有何亮點？倫敦大學學院的研究人員發(fā)現(xiàn)，如果以不同的角度打印植入物，它們的表現(xiàn)會出乎意料。本研究的主要作者、倫敦大學學院的陳紅毅解釋說：“在熔融沉積成型（一種常見的3D打印方法）中，以與施加力相同的方向打印細絲通常會使植入物更堅固。但采用我們的方法，我們發(fā)現(xiàn)了相反的結(jié)果——以90度打印的植入物實際上強度更高，因為細絲粘合得更有效?！?/span>
此外，研究團隊還在打印油墨中添加了納米粘土（Laponite）的微小顆粒。陳教授說道：“這些顆粒使油墨更稠，有助于打印形狀保持形狀，同時釋放生物活性離子，促進骨細胞附著和生長?！敝档米⒁獾氖?，與純聚合物植入物相比，含有Laponite的植入物的剛度提高了110%。此外，這些植入物上的成骨細胞隨著時間的推移表現(xiàn)出更強的增殖和礦化作用。礦化是指礦物質(zhì)（鈣、磷等）在新形成的有機骨基質(zhì)部位的結(jié)合，從而導致骨密度的增加。

△定制的DIW打印機（左）和UltiMaker Cura預覽模式下的3D模型（右）

陳補充道：“這項研究的獨特之處在于，我們并非孤立地研究某個因素。通過研究墨水成分、打印方向、結(jié)構(gòu)、機械行為和細胞反應之間的相互作用，我們能夠了解每個階段的設計選擇如何影響最終的生物學結(jié)果?！?

△拉伸試驗后，對3D打印啞鈴形拉伸試樣規(guī)格部分的斷裂形態(tài)進行結(jié)構(gòu)評估，比較了兩種方向和兩種油墨。 

這項研究本質(zhì)上提出了一種開發(fā)骨植入物的新方法，使研究人員能夠?qū)C械穩(wěn)定性與生物活性相結(jié)合。這為顱頜面重建和牙骨移植等領域帶來了潛在的益處。未來，研究人員計劃探索多孔且更復雜的設計，并測試臨床前模型。如果證明有效，這種方法將能夠在醫(yī)院實驗室或護理點快速生產(chǎn)針對特定患者的植入物。

△HOB細胞的礦化評估

基于3D打印生物活性骨植入物的研究 多年來，研究人員一直在開發(fā)3D打印骨植入物。其中包括亞利桑那大學2019年的一項研究，探索了利用3D打印骨骼治療骨折的方法，以及Particle3D公司的3D打印骨植入物和羅斯托克大學的ELAINE（電活性植入物）項目。最近，德國德紹市立醫(yī)院的一個團隊首次成功植入了生物可吸收的顱骨假體。總的來說，這項活動表明了全球?qū)﹂_發(fā)個性化、機械穩(wěn)定且能夠促進新組織生長的骨植入物的興趣。

編譯整理：南極熊