（作者：王晶，單位：國家增材制造創新中心）

近年來，3D打印技術在醫學領域的研究與應用發展迅速，為臨床醫學解決部分疑難病癥問題提供了創造性思路。目前，3D打印技術已經從醫學模型、導板、康復輔具和植入物，延伸到組織工程支架，甚至細胞、組織器官等領域。

在現代醫學領域中，3D打印技術所用的醫用材料主要包括4類。一是對生物相容性要求較低的醫用材料。這類材料主要應用于3D打印體外診斷與預測模型、導板、體外假肢或矯形輔具等，極大發揮了3D打印在個性化定制方面的優勢，可使患者獲得更好的治療。二是滿足生物相容性，但不可降解的醫用材料。主要有鈦合金、鈷鉻合金和鉭合金等金屬材料，以及高分子材料等惰性材料，這類材料可被用作打印體內植入物。目前，多家3D打印金屬植入物廠商產品已獲得上市許可證書，產品已應用于臨床。三是生物相容性良好且可降解的醫學材料。主要應用領域為打印組織工程支架。這類材料打印出的植入物，不僅需要與生物體相容，還要具有降解性，且在一定時間內可促進體內缺損組織的生長和愈合。四是活性細胞、蛋白質及其他生物活性分子。使用該類材料的生物3D打印技術也被稱作細胞3D打印技術。細胞3D打印技術可以直接將細胞、蛋白質及其他具有生物活性的材料（如DNA、生長因子等）作為3D打印的基本單元，以3D打印的方式，直接構建組織或器官。

本文主要介紹醫用金屬、醫用聚合物、陶瓷基生物材料以及生物墨水（水凝膠類）等材料在3D打印醫學中的研究應用及發展。

醫用金屬材料

常見的3D打印醫用金屬材料有不銹鋼鈦合金、鈷鉻合金和鉭合金等，一般用于制備植入物，目前主要集中在制作個性化骨植入物、支撐性支架等。這些金屬材料具有良好的生物相容性，可以滿足當前大部分醫學應用。

最常見的金屬材料3D打印方法是粉末床熔融，目前主要使用激光和電子束的高能量源選擇性區域熔融金屬粉末。

醫用聚合物材料

3D打印醫用聚合物材料主要應用于醫療模型與手術導板等的制作，少部分材料可作為生物可降解組織工程支架和生物墨水的基質，這類材料包括聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL）、蛋白質、多糖以及水凝膠（具有高含水量的親水性或雙親性聚合物三維網絡）等聚合物。

醫用聚合物打印材料具有非常優異的加工性能，可適用于多種打印技術，因此成為主要的醫學3D打印材料之一。

陶瓷基生物材料

醫用活性陶瓷能夠模擬自然骨的礦物相、結構以及機械性能，是理想的仿生骨修復材料，因此得到研究機構的高度重視并獲大力發展，但其在韌性等方面仍存在不足。

羥基磷灰石粉末礦物相中含有大量磷酸鈣，被廣泛應用于陶瓷3D打印研究中。與金屬、聚合物材料相比，醫用生物陶瓷材料的應用相對較少，3D打印生物陶瓷的性能與實際的應用需求有一定差距，限制了其產業化發展。

生物墨水

醫用水凝膠、生物交聯劑和活細胞共同組成了生物3D打印所需的“生物墨水”。目前，雖然已經有研究人員將3D打印技術與生物墨水相結合，打印出人體耳廓、腎臟、心臟等活體組織，但如何保持細胞活性，以及如何維系組織功能等問題仍有待解決。無論是天然生物墨水還是合成生物墨水，生物3D打印技術對墨水材料黏度、強度和生物相容性等要求嚴格。

目前，已有研究將細胞與3D打印生物支架共同培養。研究結果表明，細胞能夠在多種三維支架上存活，并且比普通二維培養的效果要好。多項研究也已打印出皮膚、角膜、軟骨、心臟、肺部、肝臟、腎臟、骨頭和血管等組織器官。例如，2019年以色列特拉維夫大學的科學家在全球首次成功利用生物3D打印技術，制造出一顆充滿細胞、血管并有心室和心房的完整心臟。雖然這一人工心臟只有兔子心臟大小，但科學家將沿著這一突破性成果繼續深入研究，研發出適合臨床移植的人造心臟指日可待。2019年，《科學》雜志封面刊登了一項舉世矚目的研究成果：一個由水凝膠3D打印而成的肺模型，它具有與人體血管、氣管結構相同的網絡結構，能夠像肺部一樣向周圍血管輸送氧氣，完成“呼吸”過程。

生物3D打印的應用面臨諸多限制及難點，但生物3D打印的組織器官應用價值巨大，特別是在臨床研究階段的藥物開發和療法測試等方面，可有效地降低研發成本。

經過近幾十年的發展，現階段的醫用3D打印技術已經取得長足進步，在器官模型、導板、輔具和植入物等方面的應用日趨成熟。盡管3D打印組織、器官仍處于結構性階段，但從生物醫學臨床需求的角度與生物醫用3D打印及其材料發展的角度而言，組織功能性器官的打印將是醫用3D打印未來的主要發展趨勢。

進一步研究適用于不同醫學應用領域的高性能材料，大力推動我國醫用3D打印技術的高質量發展，需在政策引導、市場監管，以及資金支持等前提下，建立完善的醫用材料打印制造標準和工藝規范，并加強專業人才的培養。