压力辅助直接墨水书写(p-DIW)技术已经广泛地吸引了许多研究人员的兴趣，在再生医学[1]领域制造具有改善生物功能和定义微结构的3D打印个性化植入物。这种增材制造(AM)技术在可用于生物墨水的材料中具有很高的通用性，包括天然和合成生物聚合物、混合水凝胶和纳米结构或纳米复合材料。在此背景下，通过引入创新的生物墨水，通过模拟生物矿化过程的生物启发方法合成的p-DIW可以导致具有骨类纳米结构的复杂混合支架。模拟天然骨的组成和结晶度，显著提高了最终支架的细胞相容性，为细胞增殖和分化提供了合适的微环境，从而增强了植入物[2]的骨结合。这些结构可以作为3D模板来指导组织的再生过程，同时保持机械完整性，直到组织自然再生。

P-DIW结合计算机辅助设计，通过完全自动化的过程，具有准确性和可重复性，可以创建具有明确内部多尺度孔隙度的三维支架。连续多孔网络的形成具有双峰孔径分布(微观和宏观)和高水平的连通性，极大地促进了矿化组织的生长和血管化[3,4]。小孔隙保证骨氧化、血管生成、营养物质和废物的扩散，而大孔隙在细胞发育、细胞生长的方向和方向性中起重要作用，因此对支架的生物活性负责。

计算机辅助设计的一个重要优势是能够设计个性化的植入物，使其符合宿主骨[5]的物理和生物力学要求。这些复杂结构的设计过程始于获取计算机断层扫描(CT)或磁共振成像(MRI)二维图像数据集，这些数据集可以导入并在专门的软件中进行处理，以创建表面渲染的骨缺损区域的三维体积模型，为了确定解剖学和微观结构特征，这将决定植入物的外部形状和内部微结构，以及插入的精确位置。通过对支架[6]的拓扑优化，可以进一步增强这种多尺度层次结构。

3D打印支架的(纳米)力学行为不仅需要承重能力，还需要评估表面粘附和随时间变化的变形。通常，纳米压痕研究是在体积(无孔)材料和多孔支架[7]的壁上进行不同的穿透深度。纳米力学测绘是一种很有前途的方法，可以评估支架壁[8]的小规模完整性。此外，典型的纳米压痕粘附测试包括将尖端压入图案样品中，然后以恒定速率卸载，最后获得代表附着表面的独特(通常是突然的)拉脱力。在[9]卸载过程中，粘着现象出现在加载-位移曲线的负载区域。本实验的原理是将金刚石探针尖端与平坦的聚合物基体接触，并确定分离两种材料所需的最大拉力。对于以前无法达到的材料，特别是结构分级的生物材料，力学行为的定量评估现在是可能的。这种方法的一个关键特性是选择合适的(通常是原型或修改过的)尖端几何形状和测试协议。

上述组合方法是一种很有前途的整体方法，可以自动制造完全细胞相容的3D打印支架，目标是组织再生，而不是受损骨的临时替代。此外，这种AM工艺确保材料浪费最小化[11]和所使用的生物墨水固有的生物降解性，使其成为一种环境友好的解决方案。这种创新的治疗方式降低了可能出现临床并发症的风险(例如炎症反应和随后的植入物排斥反应)，因为3D打印的植入物是在体外植入前从宿主的小活检中提取的细胞，而且总手术成本也降低了。该过程的标准化和认证有望为规模化生产患者专用支架铺平道路，为全球不断增长的对兼容供体和/或改进植入物的需求提供可行的解决方案。

参考文献

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文章类型:迷你回顾

引用:Brasinika D, Gkartzou E, Koumoulos E, Charitidis CA(2017)压力辅助直接墨水书写:一种制备个性化生物功能支架的有前途的方法。国际期刊纳米医学纳米外科3(1):doi http://dx.doi.org/10.16966/2470- 3206.121

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出版的历史:

收到日期:2017年1月17日

接受日期:2017年2月24日

发表日期:2017年2月28日