近红外光响应型植物基树脂骨支架的UV辅助直写打印与动态骨修复研究

　　针对现有丙烯酸酯化环氧大豆油（AESO）骨支架玻璃化转变温度（Tg）与生理条件不匹配、依赖外部热源的局限，研究人员通过紫外辅助直写打印（UV-DIW）技术开发了聚多巴胺修饰羟基磷灰石（HA@PDA）增强的近红外（NIR）光响应形状记忆支架。A10组分在1 W/cm2 NIR照射下4分钟升温至40°C，16秒内实现97%形状恢复率，兼具优异骨诱导性和机械性能，为个性化动态骨修复提供了创新解决方案。

　　

在口腔临床中，牙周病、创伤和肿瘤切除导致的骨缺损修复面临巨大挑战。传统自体骨移植存在塑形精度不足的问题，而异种骨粉则难以维持稳定形态。尽管3D打印技术能定制静态骨支架，但愈合过程中骨组织的动态变化要求支架具备环境适应性。4D打印技术虽能赋予材料时间维度上的形变能力，却受限于复杂工艺和高成本。丙烯酸酯化环氧大豆油（AESO）作为一种植物基形状记忆聚合物，兼具生物可降解性和热响应特性，但其UV-DIW打印支架的Tg远高于生理耐受范围，且缺乏精准的远程调控手段。

吉林省科技厅医疗健康项目支持的研究团队创新性地将聚多巴胺（PDA）修饰的羟基磷灰石（HA@PDA）掺入AESO树脂，通过低温UV-DIW技术构建了NIR光响应骨支架。研究采用粒径分析、TEM表征确认HA@PDA的团聚结构，系统评估了不同HA@PDA含量（0-15 wt%）支架的机械性能、光热效应及形状记忆行为，并通过体外实验验证其骨诱导活性。

主要技术方法
研究构建了集成低温挤出和UV固化模块的生物打印系统，采用压缩空气驱动沉积和丙二醇冷却控温。制备了HA@PDA质量分数0%（AESO）、5%（A5）、10%（A10）、15%（A15）的复合墨水，在0°C下打印支架。通过拉伸测试、差示扫描量热法（DSC）、NIR照射实验等评估性能，并开展细胞相容性和成骨分化实验。

研究结果

1. 颗粒特性：HA@PDA平均粒径增至1962.53±721.14 nm，TEM显示其形成树枝状聚集体，显著提升光热转换效率。
2. 打印性能：HA@PDA含量增加改善墨水流变特性，A10实现最高打印精度（层厚误差<5%）。
3. 热力学性能：A5和A10的Tg接近体温（A10为36.2°C），而A15因未固化树脂被排除。
4. 光热响应：1 W/cm²
   NIR照射下，A10在4分钟内升温至40°C，16秒内恢复97%原始形状。
5. 生物活性：A10促进骨髓间充质干细胞（BMSCs）增殖，碱性磷酸酶（ALP）活性较对照组提高2.3倍。

结论与意义
该研究成功开发出具有NIR远程调控能力的A10骨支架，其三大突破在于：①通过HA@PDA协同优化光热转换与机械强度；②实现体温附近Tg的精准匹配；③保留植入后的非侵入式动态重构能力。这种时空编程策略将患者定制设计、微创植入和术后远程控制融为一体，克服了传统静态支架的刚性缺陷，为个性化骨再生提供了新范式。论文发表于《Biomaterials Advances》，为智能生物材料在精准医疗中的应用树立了标杆。