来源：EngineeringForLife
3D打印生物陶瓷支架由于其优异的力学性能和骨整合能力，在创伤性骨缺损修复和术后重建中得到了广泛的应用。然而，对于退行性疾病、年龄相关疾病和免疫代谢紊乱引起的难治性骨缺损，现有的治疗方案仍然面临着严峻的挑战。这些病理常伴有免疫功能障碍、慢性炎症、持续性感染和免疫排斥，严重阻碍骨再生和修复。传统
3D
打印生物陶瓷支架大多仅具备单一成骨功能，或仅兼具抗菌、抗肿瘤等双功能特性，难以满足复杂病理环境下的临床治疗需求。因此，开发集骨诱导、免疫调节、抗菌、抗肿瘤等多功能于一体，且能动态响应微环境变化以优化药物释放和修复过程的生物陶瓷支架，成为骨组织工程领域的重要研究方向。来自杭州电子科技大学的邵惠锋副教授团队以及浙江大学的贺永教授团队就3D打印生物陶瓷多功能支架在骨组织工程中的应用进行了探讨。作者介绍了3D
打印技术与生物陶瓷材料在多功能骨支架制造中的应用，深入探讨其个性化结构设计与多功能集成的最新进展，重点强调模块化支架所引入的材料-结构-性能一体化并行模式，及其在提升支架治疗效果、临床适用性和为难治性骨缺损修复提供灵活解决方案方面的价值（图1）。最后，作者对多功能生物陶瓷支架在开发和临床应用中面临的挑战以及未来的发展方向进行了展望，如模块化支架的应用。相关成果以
“3D Printing of Bioceramic Multifunctional Scaffolds for Bone Tissue
Engineering”为题发表于《Advanced Functional
Materials》期刊。杭电邵惠锋副教授、浙大附属邵逸夫医院庄一渝教授和浙大贺永教授为共同通讯作者。
首先，作者围绕用于骨组织工程（BTE）的3D 打印生物陶瓷支架，系统介绍了核心制造技术与材料体系：3D
打印技术方面，重点阐述了材料喷射、立体光固化（SLA/DLP）、粉末床熔融（SLS）、材料挤出（FDM/DIW）四种主流技术（图2），分析了各技术的工作原理、分辨率、速度、材料兼容性及适用场景，同时提及脱脂、烧结等后处理工艺对支架结构稳定性与性能的关键影响；生物陶瓷材料方面，分类详解了磷酸盐类、硅酸盐类、生物活性玻璃及复合陶瓷，强调通过离子掺杂、表面涂层、材料复合等方式可拓展材料抗菌、抗肿瘤等功能，为后续支架的结构设计与多功能集成奠定基础。
然后，作者介绍了 3D
打印生物陶瓷支架在结构设计与多功能设计两方面的研究进展。在支架结构个性化设计中，指出因骨缺损的不规则性与患者特异性，需兼顾宏观解剖形态适配和微观孔隙优化——宏观上，借助医学影像与
3D
打印技术可定制适配不同部位骨缺损的个性化支架，并通过孔隙结构优化提升材料力学性能，以满足承重需求；微观上，借鉴天然结构设计的孔隙形态，能够在保障支架力学强度的同时，为细胞浸润与血管化创造良好条件。此外，作者特别强调了模块化支架作为结构设计的重要创新方向，能够为复杂骨缺损提供更具灵活性的解决方案（图3）。在支架功能个性化设计中，提出从力学性能、降解性能、骨再生、免疫调节、抗菌、抗肿瘤等方面优化功能——通过表面改性、离子掺杂、材料复合实现力学-降解-骨再生的协同（图4）；通过调控免疫微环境提升修复适配性（图5）；借助抗生素负载、功能元素掺杂、物理刺激实现抗菌功能（图6）；通过药物局部递送、光热/磁热疗法赋予抗肿瘤性能，最终满足复杂骨缺损的多维度治疗需求（图7）。
最后，作者综述了多功能生物陶瓷支架在开发和临床应用中面临的挑战，讨论了未来的发展趋势，如模块化支架的应用，并指出了该领域的新兴技术。作者认为模块化支架是平衡仿生设计与临床可行性的关键突破——针对传统“串联开发”模式（即结构设计-材料选择-加工-性能实现）研发周期长、临床响应滞后的局限，模块化支架引入材料-结构-性能一体化设计的“并行模式”，这使得多材料协同设计、空间布局优化和多层次结构创新成为可能（图8）。结构上，模块化支架由小型单元通过机械连接结构进行快速组装，灵活适配不规则缺损的解剖特征；功能上，可通过定制单元材料与架构实现生物性能梯度调控，支持功能因子时空释放与多细胞共培养；同时兼具个性化治疗与标准化量产优势，既保证仿生设计对天然骨结构与功能的模拟，又提升临床操作性与效率，为椎间盘、长骨、颅颌面等骨缺损修复提供灵活解决方案，成为推动支架临床转化的重要方向（图9）。此外，作者也提及当前面临的材料界面兼容性、临床标准化缺失等挑战，并展望新型
3D 打印技术（如CLIP）、材料生物学导向设计等未来路径，进一步支撑BTE领域的精准治疗发展。
参考资料：
https://doi.org/10.1002/adfm.202509039
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