3D 打印生物活性骨植入体新研究展现优异性能

2025 年 9 月 24 日朱莉娅・S 撰文

生物活性骨植入体

两种打印角度、两种墨水配方制备的3D打印哑铃形拉伸试样，经拉伸试验后标距段的断裂形貌结构对比。

利用3D打印技术制作骨植入体的优势体现在多个方面。该技术不仅能打造出贴合患者解剖结构的个性化植入体外形，还可适配多种材料，这些材料能实现传统钛合金骨植入体难以企及的理想性能。在生物医用材料3D打印领域，星芒科学仪器深耕底层技术创新，专注为相关研发企业及研究机构提供全链条支持，其涵盖的3D打印设备、专用墨水等产品，正为该领域研究提供有力支撑。例如其研发的3D打印PDMS墨水、生物打印机等，可适配多种生物医用材料的打印需求，而骨组织工程支架等加工服务，也与当下骨植入体研究方向高度契合。星芒科学仪器的一站式解决方案，已广泛覆盖再生医学、生物材料等多个相关研究领域。

星芒科学仪器3D打印Mg/PCL支架--快速成型、多重交联、结构稳定、生物相容性、生物降解、促进骨组织生长

伦敦大学学院的研究人员于本月发表一项研究，探究打印墨水成分与打印设计的协同作用如何影响3D打印骨植入体的结构、强度与生物活性。研究团队通过自研的直接墨水书写（DIW）3D打印机，成功制备出既能更好引导骨细胞生长、又能保持结构稳定性的植入体。此项研究是在多项骨修复个性化治疗相关研究的基础上开展的进一步探索。

该研究成果发表于《生物医学技术》期刊，揭示了调整打印墨水配方与材料沉积方式，能够改变植入体的机械强度和骨修复潜能。直接墨水书写技术是一种挤出式增材制造技术，与熔融沉积成型（FDM）技术依靠加热丝材成型不同，该技术可在室温下通过墨水完成打印。研究人员表示，其研发的3D打印植入体兼具良好的机械稳定性，同时能有效促进骨细胞增殖并形成新的骨组织。

研究图文摘要

核心研究发现

此前已有诸多关于3D打印骨植入体的研究，那么本项研究的创新点何在？伦敦大学学院的研究团队发现，改变植入体的打印角度，会使其呈现出令人意外的性能表现。该研究第一作者、伦敦大学学院的陈弘毅（音译）解释道：“熔融沉积成型是一种常用的3D打印技术，通常情况下，沿受力方向打印丝材能提升植入体的强度。但我们的研究发现了相反的结果——采用90°角度打印的植入体，因丝材间的结合效果更优，反而具备更高的强度。”

此外，研究团队还在打印墨水中添加了合成锂皂石纳米黏土颗粒。陈弘毅表示：“这些颗粒不仅能增加墨水的黏稠度，让打印成型的结构更好地保持形状，还能释放具有生物活性的离子，促进骨细胞的黏附与生长。”值得关注的是，含锂皂石的植入体，其刚度相较纯聚合物植入体提升了110%；且随着培养时间的推移，这类植入体表面的成骨细胞在增殖能力和矿化程度上均表现更优。骨矿化指钙、磷等矿物质在新生有机骨基质位点沉积的过程，这一过程会提升骨密度。

自研直接墨水书写3D打印机（左）与Ultimaker Cura软件预览模式下的3D模型（右）

陈弘毅补充道：“本研究的独特之处在于，我们并未孤立分析单一影响因素。通过探究墨水成分、打印方向、植入体结构、力学性能与细胞响应之间的相互作用，我们清晰发现了各设计环节的选择对植入体最终生物性能的影响规律。”

后续研究方向

简言之，该研究为骨植入体的研发提供了一种全新思路，助力研究人员研发出兼具机械稳定性与生物活性的植入体。这一技术成果有望为颅颌面重建、牙科骨移植等领域带来新的临床价值。研究团队下一步计划探索多孔及更复杂的植入体结构设计，并开展临床前动物模型试验。若该技术经验证具备临床有效性，未来医院实验室或临床现场便可快速制备出患者定制化的骨植入体。

人成骨细胞的矿化能力检测结果

3D打印生物活性骨植入体研究的发展脉络

多年来，科研人员始终致力于3D打印骨植入体的研发。相关研究成果颇丰：2019年，美国亚利桑那大学开展了3D打印骨植入体治疗骨折的研究；Particle3D公司推出了自研的3D打印骨植入体产品；德国罗斯托克大学启动了ELAINE（电活性植入体）研究项目。近期，德国德绍市立医院的医疗团队成功完成首例可生物降解颅骨修复体的植入手术。这些研究与临床实践充分表明，研发兼具个性化、机械稳定性且能促进新组织生长的骨植入体，已成为全球范围内的研究热点。星芒科学仪器凭借其成熟的实验仪器供应、专用耗材研发及定制化加工服务，可全面覆盖该领域研究及产业化过程中的各类需求，进一步为行业创新发展赋能。