當(dāng)前，在骨組織工程領(lǐng)域，利用微創(chuàng)手術(shù)治療不規(guī)則骨缺損時，面臨著缺乏可打印的形狀記憶材料及功能生物醫(yī)學(xué)支架的難題，這些支架需具備高形狀恢復(fù)能力且與人體骨骼核心屬性匹配。澳大利亞新南威爾士大學(xué)李曉鵬副教授團隊開發(fā)出基于聚己內(nèi)酯和熱塑性聚氨酯的熱響應(yīng)生物相容性形狀記憶長絲，適配材料擠出3D打印技術(shù)，成功打印出架構(gòu)、機械性能和形狀記憶性能可調(diào)的新型生物活性智能支架。團隊還通過聚多巴胺涂層功能化處理，提升了支架親水性與細(xì)胞相容性，且未損害其機械與形狀記憶性能。相關(guān)工作以“Material extrusion 3D printing of bioactive smart scaffolds for bone tissue engineering”為題發(fā)表在《Additive Manufacturing》上。

研究要點

1. 材料設(shè)計與制備階段：開發(fā)70%熱塑性聚氨酯（TPU）與30%聚己內(nèi)酯（PCL）的生物相容性形狀記憶長絲，通過雙螺桿擠出機混合并經(jīng)桌面擠出機制備成適配FDM打印的1.75mm直徑長絲。

2. 打印工藝優(yōu)化階段：系統(tǒng)評估打印參數(shù)（溫度、擠出倍數(shù)等），確定210℃噴嘴溫度與1.0擠出倍數(shù)為最優(yōu)條件，實現(xiàn)不同孔隙結(jié)構(gòu)（矩形、三角形、螺旋形）和填充密度（20%-50%）的支架精準(zhǔn)成型。

3. 性能表征與機制研究階段：通過壓縮測試、熱機械循環(huán)實驗驗證支架力學(xué)性能與形狀記憶效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)50%填充密度的螺旋形支架在52℃時形狀恢復(fù)率達98%，并揭示結(jié)構(gòu)設(shè)計對恢復(fù)效率的調(diào)控機制。

4. 功能化改性與生物相容性驗證階段：利用聚多巴胺（PDA）涂層提升支架親水性，細(xì)胞實驗表明PDA處理后MG-63細(xì)胞增殖率顯著提高，且涂層未損害形狀記憶性能，證實其骨組織工程應(yīng)用潛力。