综述：纳米复合GelMA生物墨水：面向下一代多功能3D生物打印平台

这篇综述系统阐述了纳米复合明胶甲基丙烯酰（GelMA）生物墨水在组织工程中的突破性进展。通过将无机/碳基/金属/聚合物/脂质等纳米材料整合至光交联GelMA基质，显著提升了生物打印支架的机械强度、导电性、刺激响应性及生物活性，同时赋予药物控释和微环境实时响应等先进功能，为肌肉/软骨/骨/血管/心脏/神经等组织的精准再生提供了革命性解决方案。

　　

纳米技术与生物打印的融合正在重塑组织工程领域。光交联水凝胶明胶甲基丙烯酰（GelMA）因其优异的生物活性、可调机械性能和细胞相容性，已成为构建组织特异性支架的核心材料。然而，单纯GelMA在机械强度和生物功能性方面的局限，促使研究者将目光投向纳米复合材料。

纳米增强策略突破性能瓶颈

通过整合无机纳米颗粒（如羟基磷灰石）、碳基材料（如石墨烯）、金属纳米粒子（如金纳米棒）、聚合物纳米纤维和脂质体等，纳米复合GelMA实现了三大突破：机械强度提升10倍以上，电导率达到10^-3 S/cm量级，并具备pH/温度/光多重响应特性。特别值得注意的是，掺入15wt%纳米黏土的GelMA压缩模量可达原始材料的8倍。

多功能协同赋能复杂组织再生

在心肌组织工程中，含碳纳米管的GelMA墨水打印的支架不仅模拟天然心肌刚度（≈10kPa），其导电性更促进心肌细胞同步跳动。针对骨修复，载有BMP-2的纳米羟基磷灰石/GelMA复合物展现出持续28天的生长因子缓释能力，促成显著异位成骨。最令人振奋的是，整合量子点的神经导管能实时监测雪旺细胞迁移，为神经再生提供动态反馈。

智能响应系统开启精准医疗

最新进展显示，近红外响应的金纳米棒/GelMA墨水可实现按需释放神经营养因子NT-3，时空精度达50μm。而整合导电聚合物的应变传感器支架，能捕捉心肌细胞收缩产生的微应变（<5%），为心脏疾病建模提供新工具。

未来挑战与展望

尽管前景广阔，纳米颗粒的长期生物安全性、大规模打印的均一性控制、多材料集成策略等仍需突破。随着3D打印精度进入亚细胞尺度（<10μm），结合机器学习优化的纳米复合GelMA系统，或将最终实现具有代谢活性的器官级构建。