生物3D打印合成高分子材料的特性与应用

3D打印所使用的合成高分子有聚乙二醇（二醇）二丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸及其衍生物等高分子聚合物。合成材料的优点是加工成本低、容易进行化学改性、交联速度快且力学性能好。不过它也存在生物学性能差的缺点。生物3D打印过程中会发生液-固相转变，所以生物墨水材料必须有一种交联方式，能让它受到外界环境刺激后发生相转变。常见的交联方式有光交联、离子交联、温度交联等。其中，光交联方式的生物墨水也就是光敏性生物墨水，由于它交联速度快，交联条件简单，容易在打印过程中实现，所以成为生物3D打印领域的热门研究方向。具有光交联特性的生物墨水就叫做光敏生物墨水。目前主要的光敏生物墨水原料是合成高分子材料。一般来说，像含有不饱和可光交联基团（比如丙烯酸酯、不饱和聚酯、不饱和聚酰胺等）的高分子都可以作为光敏生物墨水的原材料。根据材料本身性质和应用领域不同，光敏生物材料可以分为主要用于牙齿骨骼修复的硬材料，像光敏树脂；还有应用于组织器官修复的软材料，比如PEGDA和GelMA。近年来，以甲基丙烯酸酐化明胶（GelMA）为代表的新型光敏生物墨水逐渐成为生物3D打印领域的热门材料。

GelMA是在天然水凝胶材料明胶上通过化学方法接上了光敏基团。这种方法把天然水凝胶材料优异的生物相容性与合成材料的光敏特性结合起来，得到了一种兼具两者优点的光敏生物墨水材料。它为设计开发具有良好生物相容性的光敏生物墨水提供了新的思路。光敏树脂是由光引发剂、低聚体、活性稀释剂和添加剂组成的混合物。其中低聚体在光固化过程中起主要作用。低聚体是含有不饱和官能团的低分子聚合物，它分子链末端具有进行光固化反应的活性基团，主要是不饱和双键和环氧基团等。经过紫外光照射引发聚合，分子通过光敏活性基团之间的反应连接起来，分子量就会快速增大，迅速从液态固化为固体。

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