综述：天然源羟基磷灰石纳米复合支架在生物医学应用中的四维打印

　　本综述系统探讨了四维打印（4DP）技术在天然源羟基磷灰石纳米复合支架（HAp NCs）制备中的前沿进展，重点分析了其动态响应特性（如形状自适应、环境响应）、制备工艺（包括SLA/DLP等光聚合技术）及在骨组织工程（如植入物、药物递送系统）中的应用潜力与挑战。

　　

4D打印（4DP）

四维打印（4DP）技术通过引入时间维度，使三维打印（3DP）的静态结构具备动态响应能力。相较于传统3DP技术，4DP制造的物体能够对外部刺激（如温度、湿度、磁场）产生形变、自折叠或自组装等响应行为，广泛应用于生物医学领域（如可变形支架、智能药物递送系统、微针及软体机器人）。关键技术包括光聚合技术（立体光刻SLA、数字光处理DLP）、直接墨水书写（DIW）、选择性激光烧结（SLS）等，其材料选择以刺激响应型智能材料（如水凝胶、形状记忆聚合物SMPs、液晶聚合物LCPs）为核心。

HAp纳米复合材料

羟基磷灰石（HAp）作为骨骼与牙齿的主要无机成分，因其优异的生物相容性、骨传导性及化学稳定性成为组织工程的关键材料。纳米化HAp复合材料（HAp NCs）通过调控晶体形貌、尺寸及离子掺杂（如Sr²⁺、Mg²⁺替代）进一步增强了力学性能与生物活性。天然源HAp（如贝壳、蛋壳、珊瑚提取）因其生态友好性与结构仿生优势受到青睐，但其应用受限于传统制备工艺对形貌和纯度的控制难度。

4DP制备HAp基支架

4DP技术通过层积成型与智能材料结合，实现了HAp支架的个性化定制与复杂结构精确构建。光固化技术（如DLP）可实现微米级精度的多孔支架打印，而DIW技术适用于高固含量HAp浆料的宏观结构成型。打印后的支架可通过外部刺激触发形状变化（如自折叠血管支架、温度响应药物释放系统），但其力学强度（如抗压性、韧性）与长期稳定性仍需通过复合聚合物（如聚己内酯PCL、聚乳酸PLA）或交联策略优化。

未来展望

未来研究需突破多刺激响应材料设计、跨尺度打印精度控制及体内长期安全性验证等挑战。结合人工智能（AI）驱动的支架设计、干细胞定向分化调控及杂交制造技术（如电化学沉积集成4DP），有望推动个性化组织修复与智能诊疗一体化发展。

结论

4DP技术为HAp纳米复合支架提供了动态功能化与结构精准调控的新范式，其在骨组织工程与药物递送领域的应用潜力显著，但需进一步解决材料生物学性能与制造工艺的协同优化问题。

作者贡献声明

Irfan Mohammad：负责综述的构思、数据整理、初稿撰写与形式化分析；Ashok Jeshurun：参与文献调研与稿件修订；Bogala Mallikharjuna Reddy：指导研究方向、监督项目进展并提供方法论支持。

利益冲突声明

作者声明无任何已知的竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

致谢

本研究未获得专项经费支持，感谢中央泰米尔纳德大学（CUTN）与Jaiotec Labs (OPC) Pvt. Ltd.提供的设施支持。