伦敦大学新研究：DIW 3D打印生物活性骨植入物展现良好特性

zhiyongz 31分钟前阅读数 #技术

导读： 3D 打印制造骨植入物具有诸多优势：除了能够根据患者体型定制几何形状外，该技术还能与多种材料兼容，从而实现比传统植入物（通常由钛制成）更理想的性能。

2025年9月28日，伦敦大学学院的研究人员探讨了墨水成分和打印设计的相互作用如何塑造3D 打印骨植入物的结构、强度和生物活性。通过使用定制的直接墨水书写 (DIW) 打印机，研究团队创造出了能够更好地引导骨细胞生长并保持稳定性的植入物。这项研究建立在其他旨在改进骨修复个性化治疗的研究基础之上。

这项研究以题为“Direct ink writing of bioactivePCL/laponite bone Implants: Engineering the interplay of design, process,structure, and function”的论文发表在《生物医学技术》杂志上，揭示了调整打印油墨和材料沉积方式如何改变植入物的强度和愈合潜力。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.bmt.2025.100101

DIW 是一种基于挤压的增材制造技术，它在室温下使用油墨进行打印，这与依赖加热丝的FDM 技术不同。据研究人员称，他们的 3D 打印植入物机械性能稳定，同时仍能促进骨细胞生长并形成新组织。

△本研究的图形摘要

主要发现

此前已有关于3D打印骨植入物的研究，那么这项研究有何亮点？伦敦大学学院的研究人员发现，如果以不同的角度打印植入物，它们的表现会出乎意料。本研究的主要作者、伦敦大学学院的陈红毅解释说：“在熔融沉积成型（一种常见的3D打印方法）中，以与施加力相同的方向打印细丝通常会使植入物更坚固。但采用我们的方法，我们发现了相反的结果——以90度打印的植入物实际上强度更高，因为细丝粘合得更有效。”

此外，研究团队还在打印油墨中添加了纳米粘土（Laponite）的微小颗粒。陈教授说道：“这些颗粒使油墨更稠，有助于打印形状保持形状，同时释放生物活性离子，促进骨细胞附着和生长。”值得注意的是，与纯聚合物植入物相比，含有Laponite的植入物的刚度提高了110%。此外，这些植入物上的成骨细胞随着时间的推移表现出更强的增殖和矿化作用。矿化是指矿物质（钙、磷等）在新形成的有机骨基质部位的结合，从而导致骨密度的增加。

△定制的DIW 打印机（左）和 UltiMaker Cura 预览模式下的 3D 模型（右）

陈补充道：“这项研究的独特之处在于，我们并非孤立地研究某个因素。通过研究墨水成分、打印方向、结构、机械行为和细胞反应之间的相互作用，我们能够了解每个阶段的设计选择如何影响最终的生物学结果。”

△拉伸试验后，对 3D 打印哑铃形拉伸试样规格部分的断裂形态进行结构评估，比较了两种方向和两种油墨。

这项研究本质上提出了一种开发骨植入物的新方法，使研究人员能够将机械稳定性与生物活性相结合。这为颅颌面重建和牙骨移植等领域带来了潜在的益处。未来，研究人员计划探索多孔且更复杂的设计，并测试临床前模型。如果证明有效，这种方法将能够在医院实验室或护理点快速生产针对特定患者的植入物。

△HOB细胞的矿化评估

基于3D打印生物活性骨植入物的研究

多年来，研究人员一直在开发3D打印骨植入物。其中包括亚利桑那大学2019年的一项研究，探索了利用3D打印骨骼治疗骨折的方法，以及Particle3D公司的3D打印骨植入物和罗斯托克大学的ELAINE（电活性植入物）项目。最近，德国德绍市立医院的一个团队首次成功植入了生物可吸收的颅骨假体。总的来说，这项活动表明了全球对开发个性化、机械稳定且能够促进新组织生长的骨植入物的兴趣。