《Dental Materials》：3D-printed holder devices: An alternative approach for cell culture assays
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• 一种3D打印支架装置（holder device）用于直接接触细胞培养检测（direct-contact cell-culture assays）的标准化。
• 研究比较了四种3D打印（增材制造，additive manufacturing）材料作为支架装
• 一种3D打印支架装置（holder device）用于直接接触细胞培养检测（direct-contact cell-culture assays）的标准化。
• 研究比较了四种3D打印（增材制造，additive manufacturing）材料作为支架装置基材：VeroClear、MED610、聚乳酸（PLA，polylactic acid）与C8。
• 在所测试的材料中，PLA表现出最优异的生物相容性。
• PLA在整个7天实验期内均使细胞存活率维持在ISO 10993–5所规定的阈值（70%）以上。
• 在为期21天的培养期间，PLA支架装置在尺寸与化学组成方面保持稳定。
一、研究背景与问题
增材制造（additive manufacturing，AM，即3D打印）正成为组件制造与验证的变革性技术，在牙科与医疗器械领域加速应用。细胞活力/细胞毒性检测是评估牙科材料生物反应的首要一线方法，ISO 10993系列指南（含直接接触法与浸提液法）为其提供规范。然而常规实践中，预制材料圆片转移至培养板时，标本几何形状、厚度、定位与暴露表面积的一致性难以保证；尤其测试新鲜混合或尚未凝固材料时，标本处理与定位会引入变异性，干扰生物学效应归因。因此，专门设计的支架装置有望成为提高直接接触检测标准化程度的实用手段。本研究提出一款简易3D打印支架装置（holder device），以细胞相容性为标准评价候选制造材料，备择性假设为不同材料直接接触培养时细胞活力无统计学显著差异。
二、研究内容与重要意义
研究人员按48孔培养板孔尺寸设计支架（外径10 mm、高4 mm、内径8 mm、壁厚2 mm，含对位缺口），经CAD建模导出STL文件后成型；以PolyJet（光固化喷射成型）打印手术导板常用树脂VeroClear与MED610，以FDM（熔融沉积成型）打印丝材PLA与C8。全部材料为商品化采购（Stratasys、ROSA Filaments、3D4Makers），研究无临床样本队列。研究得出PLA为最优材料的结论，其意义在于以统一平台控制几何、暴露与标本获取可变性，使生物学效应更明确归因于材料化学与表面状态。
方法概括：研究以CAD构建支架模型并导出STL文件，分别采用PolyJet（光固化喷射成型）打印VeroClear与MED610树脂、FDM（熔融沉积成型）打印PLA与C8丝材；经统一消毒后，将hTERT永生化人皮肤成纤维细胞以直接接触方式接种于支架表面，依据ISO 10993–5与ISO 10993–12于第1、3、7天检测细胞活力；对优选PLA以光学轮廓仪测表面粗糙度，并在21天培养期内以pH监测、质量变化、FT-IR（傅里叶变换红外光谱）与SEM评价短期稳定性。
三、研究结果
Cell viability（细胞活力）：以相对阴性对照（仅接种细胞、无支架）的百分比表示。第1天C8（79.5±7.4%）与PLA（75.2±11.9%）显著高于VeroClear（52.5±11.8%）与MED610（52.8±9.5%）；第3天C8与PLA仍显著高于两种树脂；第7天PLA（71.1±11.0%）显著高于其余各组，C8降至52.8±11.5%，VeroClear与MED610最低（12.2%与12.1%）。PLA是唯一在整个7天实验期内细胞存活率高于ISO 10993–5阈值（70%）的材料，故选PLA行后续表征；该结果支持PLA用于短期支架评估，未涉及更长细胞相容性。
Surface roughness（表面粗糙度）：PLA初始表面粗糙度（按ISO 21920与ISO 4287测定）为Ra 1.37±0.12 μm、Rq 1.87±0.06 μm、Rz 8.40±0.10 μm，与文献FDM打印PLA一致，处于通常认为有利于成纤维细胞黏附铺展的中等粗糙度范围。
In vitro stability assessment（体外稳定性评价）：pH measurement（pH测量）显示培养基pH在21天内为8.11–8.58，与对照组相当，无渐进性酸化；Gravimetric analysis（质量变化分析）显示质量变化极小（?0.22%至+0.55%），无渐进性材料损失或吸水；Chemical composition（FT-IR化学成分分析）显示各时间点PLA特征吸收带稳定，羰基（CO）伸缩振动带（约1758–1782 cm
?1）无显著峰位位移或强度变化；Surface morphology（SEM表面形貌）显示典型FDM层状形貌维持至第14天，第1天起出现细颗粒状沉积（可能为蛋白或无机盐吸附），第21天出现不规则沉积与表面突起；结合同期pH、质量与FT-IR结果，该改变更可能源于血清蛋白或盐吸附而非材料降解。
四、讨论
讨论指出，两种PolyJet丙烯酸酯类光聚合物树脂（VeroClear、MED610）细胞相容性下降可能与其残留单体、低聚物、光引发剂（photoinitiators）或其他可浸出组分在培养条件下释放有关，第3至7天活力的渐进下降符合残留未反应单体的缓慢连续浸出模式而非急性早期效应；因未对树脂额外浸泡或预调节，其结果应结合后处理方式解读。C8在第7天降至阈值以下，可能源于降解副产物或残留加工助剂释放，以及FDM层间黏附不足形成微孔隙致介质渗入、局部材料分解；其组分数据未公开，两机制均有可能。就支架装置而言，其通过约束标本几何、厚度与定位、便于未凝固材料取放与重复使用而有助于标准化直接接触检测，应视为常规圆片制备的补充而非替代，在其他流程中的适用性尚待验证。作者说明局限：仅单一细胞系与特定时间点；消毒方案对表面化学的影响未评估；粗糙度仅PLA表征，早期差异不能排除表面形貌贡献，但选材基于7天总体表现；每时间点样本量较小（n=5）；长期稳定性与多次灭菌的影响未研究。建议后续开展接触角、XPS（X射线光电子能谱）、缺陷测绘与micro-CT尺寸验证。
五、结论
PLA是四种材料中生物相容性最优者，是典型体外时间尺度内支架制造的有力候选，也是唯一在7天期末维持细胞存活率高于ISO 10993–5阈值的材料；支架装置通过统一平台控制几何、暴露与标本获取可变性，使生物学效应更明确归因于材料化学与表面状态；PLA支架21天短期稳定性显示pH稳定、质量变化可忽略且FT-IR化学稳定，支持其在典型细胞培养周期内持续应用。
