太原理工大学连小洁团队研究成果：3D打印牙周骨再生引导支架的构建及性能研究
引言：
牙槽骨缺损是牙周病治疗中的常见难题，传统植骨术常因软组织长入导致骨再生失败。为突破这一瓶颈，本研究设计了一种双层结构3D打印支架，通过物理阻隔与生物诱导的协同作用，实现牙周组织再生修复，为牙槽骨缺损治疗提供创新解决方案。论文基于太原理工大学连小洁副教授团队研究成果及山西省回国留学人员科研、山西省基础研究计划等项目资助。
一、研究背景 临床需求与技术挑战：牙周病引发的牙槽骨吸收会导致牙齿松动甚至脱落。现有引导骨再生（GBR）膜虽能阻隔软组织，但存在以下问题：一是，传统膜材料（如钛网）易引发炎症，且无法降解；二是，单一孔径设计难以同时满足阻隔软组织与引导骨再生的需求；三是，3D打印支架的生物活性与力学性能平衡仍是技术难点。 材料体系创新：本研究选用海藻酸钠（SA）作为基材，其剪切变稀特性适配3D打印工艺，且生物相容性优异。通过复合α-磷酸三钙（α-TCP，骨水泥成分）与纳米丝素纤维（SFF，天然高分子材料），构建SA/α-TCP/SFF复合生物墨水，实现材料性能的协同提升。 二、创新亮点 （1）双层仿生结构设计 创新设计"致密层+疏松层"双层支架： ■致密层（线间距0.3 mm）阻隔软组织长入； ■疏松层（线间距0.6 mm）促进骨细胞迁移与血管化。通过3D打印精准控制孔隙结构，模拟天然骨-牙周膜界面微环境。 （2）复合生物墨水开发 ■当α-TCP含量为40%（质量分数）、SFF浓度达2%时，复合墨水的可打印性显著提升，打印线宽标准差降低至0.08 mm； ■SFF的β-折叠构象增强支架力学性能，拉伸弹性模量提高至12.5 MPa，满足临床操作需求； ■α-TCP降解产生的Ca²⁺离子促进成骨相关基因（ALP）表达，SFF则通过整合素通路增强细胞黏附。 （3）性能优化机制解析 ■溶胀率从35%（0.5% SFF）降至18%（2% SFF），降解周期延长至8周，匹配骨再生速率； ■细胞实验显示，2% SFF组ALP活性较纯SA组提升2.3倍，茜素红染色面积增加40%，证实成骨分化能力显著增强。 三、图文展示 图2 复合支架的(a)宏观形貌图；(b)、(c)、(d) 扫描电镜图像 Fig.2 (a) Macroscopic topography of the composite stent; (b), (c), (d) scanning electron microscope images 图3 (a)复合支架的XRD图像；(b)复合支架的FT-IR图像 Fig.3 (a)XRD images of the composite scaffolds and (b)The FT-IR images of the composite scaffolds 图4 (a)SA/α-TCP/SFF复合支架的微丝坍塌图像；(b)复合支架的微丝坍塌因子数据结果；(c)复合支架的Pr值 Fig.4 (a) image of microfilament collapse of the SA/α-TCP /SFF composite scaffold; (b) results of microfilament collapse factor of the composite scaffolds and (c) Pr value of the composite scaffolds 图5 (a)复合支架的溶胀率；(b)复合支架的降解率 Fig.5 (a)The swelling rate of the bilayer composite scaffolds; (b)the degradation rate of the composite scaffolds 图9 碱性磷酸酶活性检测 Fig.9 The detection of alkaline phosphatase activity 四、结论 本研究成功构建了双层3D打印复合支架，通过材料-结构-工艺协同创新，实现了： （1）优异可打印性：支持复杂结构成型，孔隙连通率达92%； （2）力学-降解性能平衡：满足临床操作强度需求，降解周期与骨再生匹配； （3）增强成骨活性：复合支架促进BMSCs细胞增殖与成骨分化，体外实验证实其生物活性优于传统GBR膜。 该研究为牙周组织再生提供了个性化、精准化治疗新策略，所开发的复合生物墨水及双层结构设计具有显著临床转化价值，有望推动3D打印技术在口腔再生医学领域的应用。 引用本文： 文章发表于《功能材料》2025年第56卷第2期，欢迎引用本文： 王迪,康俊嘉,黄若希,等. 3D打印牙周骨再生引导支架的构建及性能研究[J].功能材料,2025,56(2): 02135-02142. Wang D,Kang J J,Huang R X,et al.Construction and performance study of 3D printed periodontal bone regeneration guide stent[J].Journal of Functional Materials,2025,56(2):02135-02142.