综述：基于聚乙烯醇的生物墨水在3D生物打印中的应用：组织工程的全面评述

这篇综述系统评述了聚乙烯醇(PVA)基生物墨水(bioinks)在3D生物打印中的创新应用，重点探讨了其与明胶(gelatin)、壳聚糖(chitosan)、κ-卡拉胶(κ-carrageenan)等材料的复合策略，以及纳米颗粒(nanoparticles)、碳纳米管(CNTs)和细胞外基质(ECM)等功能化改性对组织工程支架力学性能、生物相容性和打印精度的影响。

　　

生物打印技术概述

作为传统组织工程方法的革新突破，3D生物打印通过计算机辅助设计实现细胞-生物材料复合体的精密组装。其中生物墨水作为承载活细胞的"智能墨水"，需兼具剪切稀变(shear-thinning)特性和快速凝胶化能力。聚乙烯醇(PVA)凭借其[-CH₂-CH(OH)-]_n分子链上的羟基(-OH)基团，展现出卓越的亲水性和可修饰性，成为生物墨水开发的明星材料。

PVA基生物墨水的黄金搭档

明胶-PVA复合体系通过引入胶原衍生的RGD肽段，显著提升细胞粘附率至97%。冷冻电镜显示，添加3%PVA可使复合墨水粘度提升至3.0±0.06 Pa·s，压缩模量达2.14 MPa。壳聚糖-PVA体系在3%乳酸溶液中形成的双网络水凝胶，经京尼平(genipin)交联后展现出72%的断裂伸长率。而κ-卡拉胶-PVA复合物则利用钾离子(K⁺)诱导的螺旋构象转变，实现32°C下的温度响应性凝胶化。

纳米增强型生物墨水

掺入0.5wt.%酸化多壁碳纳米管(a-MWCNT)的PVA墨水，电导率跃升至7.87×10² S/m，满足神经组织电信号传导需求。氧化石墨烯(GO)修饰的PVA墨水则通过π-π堆积作用，使成纤维细胞增殖率提升500%。更有趣的是，纳米二氧化铈(ceria)的引入使支架抗氧化活性提高3倍，有效中和创伤部位的活性氧(ROS)。

仿生ECM复合策略

脱细胞软骨基质(SDCM)与PVA的杂化墨水，通过硫醇-烯点击化学构建动态交联网络。流变学测试显示其储能模量(G′)达29.79 kPa，支持软骨细胞长达28天的培养。而掺入2%丝素蛋白(SF)的PVA/藻酸盐水凝胶，其压缩强度提升至0.536 MPa，完美模拟天然软骨力学环境。

挑战与机遇并存

尽管PVA基生物墨水在打印分辨率(可达50μm)和成本效益(降低60%)方面优势显著，但支撑浴依赖性和长期降解匹配问题仍需突破。最新研究采用阳离子化PVA(CPVA)微凝胶作为悬浮介质，成功打印出具有自愈合特性的血管网络，为复杂器官构建指明方向。