综述：生物医学应用中的材料挤出技术：生物材料及其性能综述

这篇综述系统阐述了基于材料挤出（ME）的增材制造（AM）技术在医疗领域的变革性应用，涵盖熔融沉积成型（FFF）、直接墨水书写（DIW）和直接颗粒挤出（DPE）等技术的优势、材料多样性及个性化医疗解决方案，同时探讨了生物相容性材料（如PCL、PLA、PEEK）和智能复合材料的创新进展。

　　

引言

增材制造（AM）技术通过逐层堆叠材料的方式实现复杂结构的快速成型，其中材料挤出（ME）技术因其成本效益和设计灵活性在医疗领域崭露头角。ISO/ASTM 52900:2021标准定义的ME技术包括熔融沉积成型（FFF）、直接墨水书写（DIW）和直接颗粒挤出（DPE），这些技术为个性化植入物、组织支架和药物递送系统（DDS）的开发提供了新范式。

材料挤出技术

FFF技术通过加热热塑性材料（如PLA、PEEK）挤出成丝，适用于临时植入物和手术导板；DIW利用剪切稀化水凝胶（如藻酸盐、胶原）直接打印生物相容性结构，支持细胞生长；DPE则通过颗粒原料直接挤出，提升材料利用率和打印效率。关键技术参数如层高（100-300微米）和喷嘴直径（0.4毫米）直接影响成品精度。

生物材料性能比较

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  热塑性塑料：聚己内酯（PCL）和聚醚醚酮（PEEK）提供高机械强度，但降解速率需调控；

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  水凝胶：明胶-甲基丙烯酰（GelMA）促进细胞粘附，但力学性能较弱；

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  生物陶瓷：羟基磷灰石（HA）和氧化锆（ZrO₂）增强骨再生，但脆性较高。

挑战与未来方向

当前ME技术面临层间粘附力不足（Z轴强度各向异性）和生物墨水流变性能调控等挑战。未来，人工智能（AI）驱动的实时缺陷检测和机器人辅助打印将优化工艺，而纳米复合材料和4D打印技术有望实现动态响应型医疗器件。

结论

ME技术通过多材料集成和智能化升级，正推动从个性化假肢到功能性器官打印的医疗革命，但其临床转化仍需解决材料标准化和伦理监管问题。