具有超亲油/超吸附能力的生物相容性软质微纳米多孔3D打印支架的构建与应用

本研究针对微纳米多孔结构在组织再生和废水处理中的关键作用，创新性地采用热塑性聚氨酯弹性体(TPE)/聚乙烯醇(PVA)共混材料，通过熔融挤出成型(MEX)技术制备具有三级周期性最小表面(TPMS)的软质微纳米多孔支架。通过溶解PVA组分实现纳米级孔隙调控，该支架展现出优异的污染物吸附能力（染料去除率达99.2%）和油水分离效率，同时保持良好生物相容性（三种人类细胞系验证），为组织工程和环境修复提供了多功能解决方案。

　　

在组织再生和环境治理领域，微纳米多孔结构如同生命的"隐形建筑师"——它们不仅支撑细胞生长、调控营养输送，还能高效捕获污染物。然而现有技术面临双重困境：传统3D打印难以直接制造纳米孔隙，而柔性多孔材料的打印又易出现结构坍塌。更棘手的是，组织损伤和工业污染正以惊人速度破坏微环境稳态，仅发达国家就有45%死亡病例与之相关。

为突破这些限制，研究人员在《Applied Materials Today》发表创新成果。他们巧妙选用TPE/PVA复合线材，通过熔融挤出成型(MEX)打印出gyroid结构（一种三级周期性最小表面TPMS），再用水溶解除去PVA创造可控纳米孔隙。关键技术包括：对比干态(DRY)与湿态(WET)材料的力学性能，系统研究打印方向(0°-90°)对层间结合的影响，建立重量损失率与材料软化的关系，并通过Caco-2、HepG-2和BJ-5ta三种人类细胞系评估生物相容性。

【材料与方法】采用60 Shore A硬度的TPE/PVA复合线材，通过调整打印路径和单元尺寸制备不同密度的gyroid支架，水处理形成纳米孔隙后，进行力学测试和吸附实验。

【力学性能】研究发现0°打印方向的样品杨氏模量比90°方向高15%，而溶解PVA后材料刚度下降80%，证实纳米孔隙可显著增强材料柔韧性，这为解决柔性材料打印难题提供了新思路。

【多功能应用】微纳米多孔支架对染料的吸附容量达38.7 mg/g，油水分离效率比非多孔材料提升300%。其分级孔隙结构（微米级TPMS+纳米级孔隙）实现了污染物在多个尺度的高效捕获。

【生物相容性】三种人类细胞在支架上的存活率均超过90%，纳米孔隙促进细胞贴附和营养物质传输，印证了"结构仿生ECM"的设计理念。

这项研究开创性地将MEX技术的加工优势与牺牲模板法结合，首次实现软质材料的多尺度孔隙精确调控。其意义不仅在于开发出兼具环境修复和组织再生功能的"双栖"材料，更建立了"打印参数-孔隙特征-功能表现"的完整理论框架。特别是提出的水溶性PVA去除法，以近乎零成本（5mm长材料成本<0.01美元）解决了纳米孔隙制造的行业难题，为个性化医疗植入物和智能环境修复材料的设计开辟了新途径。