近日，中国科学院上海硅酸盐研究所的研究团队在3D打印复杂结构生物陶瓷用于血管化大块骨缺损修复方面取得新进展。该团队受自然界中莲藕内部平行多通道结构的启发，采用3D打印技术制备出仿生莲藕支架，相关研究成果发表于《Advanced Science》，并已申请专利。

临床上，大块骨缺损的修复一直是重大挑战。3D打印技术可便捷地制备形状可控的多孔支架，广泛应用于生物材料和骨组织工程。传统3D打印支架虽具有多孔结构，但由实心基元堆叠而成，孔隙率较低；且孔隙呈阶梯三维延伸，缺乏平直孔道，导致流体阻力大，不利于营养物质和细胞向内渗入，阻碍成血管和成骨过程。

为解决这一问题，吴成铁与常江研究员带领的团队将传统3D打印支架每个基元的内部设计成平行多通道结构，类似莲藕的孔道。他们重新设计了内部共轴镶嵌的挤压式3D打印针头，通过改进的制备方法实现一次性打印仿生莲藕支架，并可调控其物理和化学性质。该方法适用于多种材料，包括生物陶瓷（如镁黄长石、氧化铝、氧化锆）、金属铁以及高分子海藻酸钠等，并能制备不同形状、孔道数目和直径的支架。通过调控基元堆砌方式和孔道数目，可优化孔隙率和力学强度，最高孔隙率达80%，力学强度超过40 MPa，满足骨缺损修复材料的要求。

研究团队以镁黄长石（Akermanite）陶瓷为代表材料，制备了具有单孔道、双孔道、三孔道和四孔道的仿生莲藕支架。体外实验表明，与传统3D支架相比，仿生莲藕支架更有利于细胞粘附和增殖，且效果随通道数目增加而增强。体内动物实验进一步证实，该支架提高了骨组织再生能力和血管化效应，促进了骨缺损修复。由于其多通道高孔隙率的结构特点，该材料还可用于药物大分子装载、表面功能化修饰以及催化、能源、环境等领域。