综述：3D打印超材料：特性、制备及药物递送应用

这篇综述系统探讨了3D打印超材料（Metamaterials）在药物递送系统（DDSs）中的革新应用，重点阐述了其通过精密结构设计实现可控释放（如pH/温度响应性）、靶向递送及多功能集成（如诊疗一体化Theranostics）的机制，同时剖析了生物相容性、规模化生产等临床转化挑战，为个性化医疗提供了新范式。

　　

超材料的特性

超材料的独特性源于其人工设计的微观结构，能够实现自然界不存在的电磁（EM）、声学和机械性能。通过周期性或准周期性排列，这些材料可精准调控与电磁波的相互作用，尤其在亚波长尺度下表现出负折射率、异常声学阻抗等特性。例如，电磁超材料通过局域表面等离子体共振（LSPR）增强光-物质相互作用，为光控药物释放提供了可能。

3D打印技术赋能超材料制备

增材制造技术（如熔融沉积建模FDM、立体光刻SLA）突破了传统工艺限制，实现了超材料复杂几何结构的精密构筑。材料挤出技术可整合多组分生物墨水（如明胶-海藻酸钠复合水凝胶），结合空间梯度打印策略，构建具有仿生力学性能和降解动力学的载药支架。值得注意的是，光固化树脂的改性（如引入聚乙二醇二丙烯酸酯PEGDA）显著提升了打印结构的生物相容性。

药物递送应用突破

1. 可控释放系统：拉胀结构（Auxetic structures）通过负泊松比特性响应组织肿胀，动态调节药物释放速率；
2. 靶向递送：磁性超材料在外加磁场引导下实现病灶精准定位，肿瘤部位的pH响应性壳聚糖基载体可触发智能释药；
3. 诊疗一体化：金纳米棒（AuNRs）超材料兼具近红外（NIR）光热治疗与拉曼成像功能，实现治疗-监测同步化。

挑战与展望

尽管前景广阔，临床转化仍面临三大瓶颈：

1. 生物相容性材料开发：现有光引发剂（如Irgacure 2959）的细胞毒性需优化；
2. 规模化生产瓶颈：微纳尺度结构的打印效率与精度难以兼顾；
3. 动态响应精度：多物理场（如光-磁-热）耦合调控机制仍需深入探索。未来研究方向应聚焦于机器学习辅助的逆向设计和高通量筛选生物墨水体系。

结论

3D打印超材料通过“结构-功能”一体化设计，为突破传统DDSs的递送效率、时空精度和功能集成提供了全新解决方案。随着跨学科合作的深入，这类智能材料有望推动精准医疗进入可编程时代。