近些年來，3D打印技術(shù)的發(fā)展不光局限于航天航空、汽車等制造業(yè)。其在于人類生活息息相關(guān)的生物醫(yī)療科技領(lǐng)域也快速進步，與仿生技術(shù)、組織工程學(xué)、生命科技緊密結(jié)合，在醫(yī)療行業(yè)大放光彩！下面，我們將就生物3D打印中幾種常用的材料進行具體介紹。

1.水凝膠

由于水凝膠與天然軟組織細(xì)胞外基質(zhì)在結(jié)構(gòu)、組成和力學(xué)性質(zhì)上的相似性，目前的細(xì)胞和組織打印技術(shù)主要是基于攜帶細(xì)胞的水凝膠的3D 沉積技術(shù)。

水凝膠是一種具有高水含量的親水性或雙親性聚合物三維網(wǎng)絡(luò)。由于水凝膠具有良好的生物相容性，以及與人體軟組織相似的力學(xué)性質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用于組織工程支架材料與藥物的可控釋放中。

目前，傳統(tǒng)的水凝膠制備方法主要是通過高分子鏈間的化學(xué)反應(yīng)或物理相互作用，難以實現(xiàn)對水凝膠外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控。而3D打印技術(shù)則能實現(xiàn)對材料外部形態(tài)和內(nèi)部微結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控，有利于調(diào)控細(xì)胞的分布，以及材料與生物體的匹配，因此具有獨特的優(yōu)勢。

康奈爾大學(xué)的Butcher以PEG-DA / 藻酸鹽復(fù)合原料制備了主動脈瓣水凝膠支架， 該水凝膠的彈性模量可變。制備較大的瓣膜可獲得更高的精確度。種植于水凝膠支架上的豬主動脈瓣間質(zhì)細(xì)胞在培養(yǎng)21 天后具有接近100%的存活率。

對于3D打印成型的攜帶細(xì)胞水凝膠支架的基本要求包括：

( 1 ) 水凝膠在工作臺沉積后能快速原位成型，并維持初始沉積的形狀；

( 2）保持細(xì)胞活性和功能；

( 3 ) 打印成型的支架容易進行后處理。

隨著3D打印技術(shù)應(yīng)用于生物醫(yī)用材料的興起，科研工作者對水凝膠的研究也取得了諸多進展。如Gauvin以甲基丙烯酸酯修飾的明膠為原料，制備了可作為個性化組織工程支架材料使用的水凝膠，并進行了體外細(xì)胞培養(yǎng)實驗研究。

2.工程塑料之PEEK材料

PEEK（聚醚醚酮）是一種具有耐高溫、自潤滑、易加工和高機械強度等優(yōu)異性能的特種工程塑料，可制造加工成各種機械零部件，如汽車齒輪、油篩、換檔啟動盤；飛機發(fā)動機零部件、自動洗衣機轉(zhuǎn)輪、醫(yī)療器械零部件等。

PEEK具有優(yōu)異的耐磨性、生物相容性、化學(xué)穩(wěn)定性以及楊氏模量最接近人骨等優(yōu)點，是理想的人工骨替換材料，適合長期植入人體。基于熔融沉積成型原理的3D打印技術(shù)安全方便、無需使用激光器、后處理簡單，通過與PEEK材料結(jié)合制造仿生人工骨。

3.生物塑料

3D打印生物塑料主要有聚乳酸（PLA）、聚對苯二甲酸乙二醇酯-1，4-環(huán)己烷二甲醇酯（PETG）、聚-羥基丁酸酯（PHB）、 聚-羥基戊酸酯（PHBV）、聚丁二酸-丁二醇酯 （PBS）、聚己內(nèi)酯（PCL）等，具有良好的可生物降解性。

1）PLA材料

PLA（Poly Lactic Acid）即聚乳酸，可能是3D打印起初使用得最好的原材料，具有多種半透明色和光澤感。作為一種環(huán)境友好型塑料，聚乳酸可生物降解為活性堆肥。它是從玉米淀粉和甘蔗中提取的，而不是化石燃料。新加坡南洋理工大學(xué)的Tan.K.H等在應(yīng)用PLA制造組織工程支架方面的研究中，采用可降解高分子材料制造了高孔隙度的PLA組織工程支架，通過對該支架進行組織分析，發(fā)現(xiàn)其具有生長能力。

PLA（聚乳酸）是一種新型的生物基及可生物降解材料，其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物在特定條件下完全降解，最終生成二氧化碳和水，不污染環(huán)境，這對保護環(huán)境非常有利，是公認(rèn)的環(huán)境友好材料。

2）PCL材料

PCL（聚己內(nèi)酯）具有良好的生物降解性、生物相容性和無毒性，而被廣泛用作醫(yī)用生物降解材料及藥物控制釋放體系，可運用于組織工程已經(jīng)作為藥物緩釋系統(tǒng)。PCL材料是一種可降解聚酯，熔點較低，只有60℃左右，與大部分生物材料一樣，人們常常把它用作特殊用途如藥物傳輸設(shè)備、縫合劑等，同時，PCL還具有形狀記憶性。在3D打印中，由于它熔點低，所以并不需要很高的打印溫度，從而達(dá)到節(jié)能的目的。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可用來打印心臟支架等。

4.光敏樹脂

光固化樹脂又稱光敏樹脂，是一種受光線照射后，能在較短的時間內(nèi)迅速發(fā)生物理和化學(xué)變化，進而交聯(lián)固化的低聚物。光固化復(fù)合樹脂是目前口腔科常用的充填、修復(fù)材料，由于它的色澤美觀，具有一定的的抗壓強度，因此在臨床應(yīng)用中起著重要的作用，用于前牙各類缺損及窩洞修復(fù)能取得滿意的效果。

光敏樹脂是由聚合物單體與預(yù)聚體組由于具有良好的液體流動性和瞬間光固化特征，使得液態(tài)光敏樹脂成為3D打印耗材用于高精度制品打印的首選材料。光敏樹脂固化速度快、表干性能優(yōu)異，成型后產(chǎn)品外觀平滑，可呈現(xiàn)透明或半透明磨砂狀態(tài)。光敏樹脂具有氣味低、刺激性成分低等特征，非常適合個人桌面3D打印系統(tǒng)。

5.生物醫(yī)用無機非金屬材料

生物無機非金屬材料主要包括生物陶瓷、生物玻璃和醫(yī)用碳素材料。其中，生物陶瓷廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)骨替代品、植入物、牙科和矯形假肢。

生物玻璃主要由硅（Si）、鈉（Na）、鈣（Ca）和磷（P）的氧化物按一定的配比組成，經(jīng)過化合反應(yīng)后，會生成一種叫做羥基磷酸鈣〔Ca5(PO4)3(OH)〕的新成分，具有高度的仿生性，是生物骨頭的主要構(gòu)成成分。由于生物玻璃材料具有生物活性，已被材料科學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)科共同關(guān)注，在生物醫(yī)用無機非金屬材料領(lǐng)域的應(yīng)用前景非?？捎^。

醫(yī)用碳素材料是一種化學(xué)惰性材料，在體內(nèi)不會被腐蝕或磨損，如碳/碳復(fù)合材料、碳纖維增強樹脂等多種高性能結(jié)構(gòu)材料集高強度低模量于一身，并且不會產(chǎn)生對機體有害的離子，已作為修復(fù)或替代受損骨組織的材料廣泛應(yīng)用于骨傷外科；另一方面，醫(yī)用碳素材料又具有良好的生物相容性，甚至具有罕見的抗血凝性能，可直接應(yīng)用于心血管系統(tǒng)。

除了常規(guī)打印材料以外，為了深入挖掘3D打印技術(shù)，充分發(fā)揮其在再生醫(yī)學(xué)和器官移植領(lǐng)域的優(yōu)越性，不少企業(yè)和科研機構(gòu)努力研究和開發(fā)各類新型的3D生物打印材料。

相信不久的將來，隨著新型打印材料的問世和不斷發(fā)展，“巧婦不再難為無米之炊”，3D生物打印技術(shù)必將引領(lǐng)醫(yī)療健康的新時代！