苏黎世理工Leroux教授与鲍寅寅研究员课题组 AFM展望文章：利用新兴光聚合技术3D打印可降解医疗器械的挑战与机遇

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自21世纪初利用立体光刻制备首例可降解三维结构以来，光聚合3D打印技术在个性化医疗器械及植入物制造领域显示出了巨大潜力。尽管能够提供高分辨率和优异的表面质量，这种方法对于实现可降解材料的3D打印仍有较多限制。其中非常关键的原因是其对于打印树脂的粘度具有较低的适用范围，一般低于10 Pa.S。然而想要获得较高的力学强度和柔韧性以及较理想的降解速率，所使用的可降解聚合物需要具有较高的分子量，从而往往显示出超出可打印范围的高粘度。最近几年，一些新兴的光聚合3D打印技术开始出现，如热辅数字光处理和容积打印。这些技术提高了光聚合树脂的粘度使用范围，为可降解材料的3D打印带来了新的希望，利用以前普通光聚合无法打印的材料制备复杂结构开始成为了可能。

近日，苏黎世联邦理工学院药学系鲍寅寅研究员与Jean-Christophe Leroux教授就这一主题进行了有针对性的调查与梳理，在《Advanced Functional Materials》杂志上发表了利用新兴光聚合技术打印可降解医疗器械的展望文章。不同于其他较为全面的综述类文章，作者聚焦于分析可降解高分子3D打印医疗植入物和器械的关键性制约因素（图1），以及探索热辅数字光处理和容积打印等技术带来的机遇，最后展望了利用材料设计与技术进步相结合下的未来研究方向。

图1. 高分辨率光聚合3D打印所需低粘度树脂与高强度和韧性以及适宜可降解性能所需高粘度树脂的矛盾

热辅数字光处理可以将树脂的可打印粘度相较于普通3D打印方法提高一个数量级，因此开始逐渐引起研究者的注意。2016年以色列希伯来大学Magdassi和Cohn课题组首次利用该技术实现分子量10000 g.mol^-1的常温固态热塑性聚己内酯的3D打印，并实现了一系列形状记忆器件的制备（图2）。此后，荷兰马斯特里赫特大学Baker课题组和苏黎世联邦理工Leroux课题组分别利用该技术打印一系列可降解弹性体，真正让具有高分辨率和优秀力学性能的生物可降解植入物和医疗器械的快速定制成为可能，向3D打印在个性化医疗的实际应用迈出重要一步。就在最近，Cohn课题组进一步发展了光聚合3D打印的柔性材料，而Leroux课题组实现零溶剂弹性体的增材制造，可见热辅数字光处理在可降解生物材料的打印方面将起到举足轻重的作用。

图2. 利用热辅数字光处理实现高分子量可降解聚合物3D打印的典型案例

值得一提的是，容积打印包括断层扫描打印与双色线性打印，由于其独特的光聚合原理，原则上完全不受高粘度树脂的制约，但是直到今天还没有利用这些技术打印可降解聚合物的报道。这一前所未有的3D打印方法也许会为未来可降解器械的增材制造带来意想不到的优势。当然，其对于树脂透明度的要求明显高于普通光聚合逐层打印技术，这是另外需要考虑的问题（表1）。

表1. 不同光聚合3D打印方法的参数对比

 总之，作者指出相较于普通光聚合3D打印，虽然热辅数字光处理和容积打印各具优势，但仍未能完全解决现存的问题，局限性如粘度或透明度仍然存在。新型材料的开发和打印技术的进步将进一步推动个性化医疗器械和可降解植入物的发展，这些将有待于各种不同背景的专业人士共同努力。本文（Adv. Funct. Mater.2022, 2109864）鲍寅寅研究员为第一作者及通讯作者，Jean-Christophe Leroux教授为共同通讯作者，博士生Nevena Paunović为共同作者。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202109864

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