3D打印是一项20世纪80年代后期逐渐兴起的新型数字化成型技术[1-3]。其基本加工原理是：根据计算机辅助设计（CAD）模型或断层扫描（CT）形成的数据，在电脑程序控制下，基于离散、堆积成型的原理，通过“分层打印、逐层叠加”的方式，对材料进行精确堆积以快速加工制造任意形状的3D复杂物体（见图1）。3D打印技术具有能够按照设计的模型构建特定空间结构的能力，并能在制备材料时对其微观结构进行精确控制。这种具有独特优势的新兴技术，正在越来越广泛地影响着各行各业的发展。 近年来，3D打印技术在生物医用材料应用领域的研发已得到越来越多的关注，并取得了诸多成就。研究人员可根据不同患者的需求，采用3D打印技术快速精确制备适合他们需要的个性化生物材料。在理论创新方面，提出了“生物印刷”的概念，即将3D打印技术和生物工程技术结合起来，将材料科学、生命科学与印刷技术相融合，为研究组织工程学在3D尺度上与人体器官和组织相似的三维实体相匹配进行精确控制提供了新的思路和方法。导电聚合物具有独特的电活性和导电性特点，不仅可用作药物、基因的载体，还可用作细胞电化学信号的载体；在电刺激条件下，尚可调节细胞的黏附、迁移、增殖及分化等其他功能，在“生物印刷” 技术中具有重要的研究意义。危岩及其课题组[4-6]着重于导电聚合物材料的研发，取得了丰富的成果，并归纳了“生物印刷电子材料”技术的核心，即采用3D打印技术将具有电活性的材料制备成生物医用支架，继而在此支架上实现可以调控和优化的可控细胞和组织生长，最终获得有生物功能的新产品或新技术，以应用于医学检测、诊断和。这些成果对3D打印技术在医疗行业的发展产生了巨大的促进作用。
本文介绍了3D打印技术在生物医用材料领域的应用研究进展情况，主要集中在生物医用高分子材料和生物医用无机非金属材料2大领域。
在生物医用高分子材料研究领域，国内外已开始应用3D打印技术进行相关的制备与加工工作，包括器官模型、个性化组织工程支架材料、细胞及组织的制备等方面，并已取得不同程度的进展。
1、器官模型的制备
为保证医疗手术的安全实施，医生会根据病变器官模型进行分析策划以确定重要的手术方案。而人体器官往往具有复杂的空间结构，传统加工方法很难快速甚至无法制备与之相匹
配的模型。利用3D打印技术对材料进行精确控制的优点可快速制备出高质量的器官模型。其工艺过程为：首先获取患者病变器官二维CT图像，进而构建其三维实体模型数据文件，然后利用3D打印技术快速制备出高度仿真的器官模型。模型的高效制备为手术分析策划提供了重要参考，也为学术研究提供了极其便利的条件。
Matthia[7]采用3D打印技术快速制备出具有内部小孔的模型件，对其内部结构进行了精确控制，小孔孔径尺寸可低至450μm，壁厚低至330μm，其形状如图2所示。经测试分析可知，该件的机械强度达到22MPa以上，具有良好的力学性能，可满足器官模型的一般使用要求。
多聚磷酸盐数据销毁徐华等[8]将麻醉的Beagle犬在CT机上平扫头颅，获取数据后进行三维重建以获得STL格式（最多快速原型系统所应用的标准文件类型）的3D头颅数据，然后将此数据输入3D打印机，以树脂粉末为原料，快速打印出下颌骨的3D模型。藉此模型，他们利用聚羟基乙酸、聚乳酸制备出了下颌支髁突形态3D结构模型，所制备的3D模型与实物复合率高于90%以上。同时还进行了模型與犬骨髓基质细胞的体外复合培养实验研究，结果如图3所示。由图3可看出，骨髓基质细胞黏附于器官模型的纤维表面，依纤维方向生长并充分铺展；且分泌
加热炉燃烧器
出大量细胞外基质，通过他们使得骨髓基质细胞彼此相连。研究结果表明，所制备的3D器官模型具有高度的仿真性和良好的生物相容性，适于学术研究及动物模型的软组织或硬组织修复等工作。
北京印刷学院生物印刷实验室胡堃研究组与广州军区总医院骨科实验室张余研究组联合开展了人体病变3D打印模型研究，通过对患有严重脊柱侧弯畸形的病人进行CT扫描，将患者病变部位数据导入三维重建软件，生成STL格式文件后再输入3D打印机，利用激光烧结技术生成模型，如图4所示。高度仿真的模型为医疗策划分析及制定相应的手术方案提供了极其重要的参考信息和依据。
2、个性化组织工程支架材料的制备
水凝胶具有良好的生物相容性，是第一种应用于人体的高分子生物材料，且可方便地制作成不同形状的3D结构，因此被广泛用作组织工程领域生物支架的基本结构材料。
Pecoolido[10]和Naumann[11]等人还发现，透明质酸衍生物经苄酯修饰后或葡聚糖、透明质酸（DeHEMA、HAc）经甲基丙烯酸羟乙基酯（HEMA）修饰后，取其为原料所制备的3
D水凝胶，具有良好的生物相容性，适于制备组织工程支架。Naumann应用此技术已成功制备出耳廓支架。
其他研究人员如新加坡南洋理工大学的Hutmater[12，13]和香港大学的Wang[14]等人也在此领域取得了诸多进展。Hutmater等使用聚己内酯（PCL）为原料，制备出了质量优良可降解的3D组织工程支架。其外形呈蜂窝状，内部分布有完全贯通的小孔。支架材料的力学性能（强度和压缩性能等）与小孔尺寸和孔隙率高度相关：如支架材料的小孔尺寸为160～700μm，孔隙率为48%～77%时，材料的屈服强度在0。4～3、6MPa范围内变化，屈服应变在4%～28%范围内变化，而压缩硬度则在4～77MPa范围内变化。Hutmater等人还做了人初级成纤维细胞与材料共培养的实验研究，发现经培养3～4周后，细胞便已完全充满支架材料的空隙，表明支架材料具有良好的生物相容性[15]。
3、细胞的制备
近年来，研究者已开始广泛关注细胞的3D打印技术，如通过携带细胞进行3D打印而直接制备动物器官、组织的方法。此技术的优点在于通过对加工过程的精确控制优势，调节细胞在微观尺度上的排列情况，以实现对单个细胞的行为和细胞间的相互作用（细胞与细胞、
细胞与材料）进行控制，从而促进细胞形成具备各种功能的组织，为医疗手术及术后恢复提供便利。
智能断句细胞的3D打印技术较为常用的方法是：以双键封端聚乙二醇〔PEG，如聚乙二醇二丙烯酸酯（PEG-DA）或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）〕水溶液与含有细胞的培养液进行混合，形成可光固化的高分子、细胞混合溶液，继而通过3D打印制备出水凝胶，细胞便已包覆在此水凝胶内，再将其应用于医疗领域。除光聚合反应技术被应用于细胞的3D打印外，其他生物相容的原位凝胶成型技术也已被广泛应用，以便使制备的3D细胞具有更佳的性能。如Gaetani[16]和Fedorovich[17]将藻酸盐与细胞的混合溶液打印成型后，再在二氯化钙（CaCl2）溶液中浸泡，使得藻酸盐与钙离子（Ca2+）形成稳定的离子交联网络。
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