4D打印技术在骨组织工程中的研究进展与应用前景2025-07-30 08:35:11
过去几十年间，3D打印技术被广泛应用于骨组织工程中促骨仿生支架的研究。然而，通过3D打印技术制作的支架植入体内后，在骨组织再生过程中可能存在生物力学不匹配、组织界面不密合以及细胞分布不均、难以实现血管化等问题。因此，为了弥补以上不足，4D打印技术在骨缺损修复中具有重要应用前景。4D打印技术于2014年由SkylarTibbits教授提出，该技术在3D打印的基础上，将时间作为第四个维度，应用具有对外界刺激响应能力或形状能够发生改变的材料体系，结合智能设计理念及计算机辅助计算，赋予打印物体自组装、可编程和自适应等能力。与3D打印不同，4D打印物体改变了3D打印静态、逐层堆叠的特点，具有在受到外界因素刺激下实现形态、结构、功能变化的能力。因此，4D打印产物在修复骨组织缺损领域具有重要研究意义。4D打印产物能够适应复杂的生理环境，可通过对外界刺激响应发生形状变化，使得材料更加匹配骨缺损部位，并在骨骼生长及重塑过程中进行相应的形态调整，有利于长期的骨整合；此外，通过在植入物打印之前进行智能设计，可以有利于生物活性物质的控制释放及血管神经的生长，尤其适用于不规则及大块骨组织缺损的修复。
此外，4D打印技术在未来可能会结合计算机技术、人工智能、模型构建等多领域先进技术，开发一种智能设计程序，该程序能够预测打印支架在人体内的变化及相互作用，选择最合适的骨修复材料及刺激因素，通过精准调控成骨微环境，精确地控制植入物形状、功能、细胞反应和促进新组织的形成。并通过赋予支架功能化的特点，发挥出减少材料在植入过程中的创伤、降低感染的风险、促进血管的生长等功能。因此，从4D打印材料、响应机制及应用三个方面进行综述，为未来骨组织工程材料的开发与研究提供理论基础。
出自《4D打印技术在骨组织工程中的研究进展》 作者:王培煜，石雅茹，孙一帆。
