大连理工大学生物工程学院科研团队在生物材料与3D打印交叉领域取得突破性进展

近日，我校生物工程学院王华楠教授团队联合重庆医科大学附属口腔医院，在生物材料与3D打印交叉领域取得重要突破，相关研究成果以纯无机自修复胶体水凝胶的研发为核心，在国际顶级期刊《美国化学学会-纳米》（ACS nano）发表了题为“纯无机自修复胶体水凝胶的合理设计：实现基于生物玻璃的骨替代材料‘绿色’3D打印”（Rational Design of Purely Inorganic Self-Healing Colloidal Hydrogels To Enable”Green”3D Printing of Bioglass-Based Bone Substitutes）的研究论文。该成果创造性地解决了传统生物玻璃骨替代材料在3D打印中的关键技术瓶颈，为骨科、口腔颌面外科复杂骨缺损的定制化修复提供了全新方案。论文第一单位为大连理工大学生物工程学院，王华楠教授为论文共同通讯作者，第一作者为我校博士生豆珍珍和重庆医科大学附属口腔医院博士后李帝泽，合作单位重庆医科大学附属口腔医院相关研究人员为共同作者。

在骨科、口腔颌面外科骨缺损修复中，生物玻璃因骨诱导性优异，是理想的骨替代材料，但传统3D打印应用于它时存在困境。它需依赖有机添加剂，且需1100℃以上高温烧结，严重限制复杂骨缺损定制化修复。针对此痛点，王华楠团队联合重庆医科大学附属口腔医院，研发出纯无机自修复胶体水凝胶。该水凝胶以相反电荷二氧化硅/生物玻璃纳米颗粒为核心，无有机成分。在制备时，先在pH=11下混合正负电纳米颗粒，再用葡萄糖酸-δ-内酯（GDL）调pH至7诱导自组装成非共价网络，最后借静电引力与氢键形成宏观水凝胶。团队还跨纳米、微米、宏观尺度分析其性能，建立结构与力学特征关联，提供理论指导。

基于无添加剂直写成型与低温烧结的生物玻璃支架绿色制备流程

该研究提出的无机材料3D打印策略具有成本低、普适性强的显著优势，不仅成功解决了生物玻璃骨替代物的打印技术难题，更有望拓展至能源、化工、光子学及生物医学等多个领域，展现出广阔的应用前景。近年来，王华楠教授团队持续聚焦生物材料与3D打印技术的交叉创新，在骨修复材料、生物墨水研发等方向取得一系列标志性成果，为临床组织修复与再生领域的技术革新提供了重要支撑。该论文的相关研究得到了国家自然科学基金、国家优秀青年科学基金和中国博士后科学基金专项等支持。

论文原文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c06377

来源：生物工程学院
编辑：王增强、张紫嫣
审核：赫铭