声明：
本文为科普类文章，旨在普及领域相关知识、促进科学传播。
文中所使用的视频、图片、文字等素材，若涉及作品版权问题，请相关权利人及时与我们联系，我们将依法依规妥善处理。
此外，若文章内容存在错误，或与原期刊文章的观点、结论不一致，也欢迎随时告知我们，我们将第一时间进行修改、删除等处理。
同时，热忱欢迎相关领域科研工作者、科普爱好者向我们投稿、荐稿，或洽谈合作事宜，共同助力产业化发展。
牙槽骨缺损修复中,传统引导骨再生(GBR)手术依赖术中手动组装屏障膜与填充材料,存在形状保真度低、移植粉流失/移位、操作效率与一致性差等问题。近日,西安交通大学贺健康教授、第四军医大学口腔医学院孔亮副教授团队提出多喷头并行打印策略,通过升级传统熔融挤出打印系统,制备聚己内酯(PCL)基屏障/填充一体化GBR支架,用于高效、规模化牙槽骨修复。
其团队相关成果以“Multi-Printhead Parallel Printing of Polycaprolactone Barrier/Filler-Integrated Scaffolds for Alveolar Bone Repair”为题发表在《Advanced Healthcare Materials》上。
亮点：创新性与突破
1、制造技术突破:搭建10喷头并行熔融挤出打印系统，解决多喷头热串扰导致的成型畸变问题，实现薄壁屏障膜、TPMS多孔结构同步并行打印，制造效率较单喷头提升10倍，具备临床植入体规模化生产潜力。
2、结构一体化设计:构建致密屏障层+TPMS多孔填充层一体化支架，无需术中组装，屏障层阻挡软组织侵入，多孔层提供骨再生空间与力学支撑，兼顾空间维持与成骨诱导性。
3、体内再生效能优异:兔牙槽骨缺损模型证实，该一体化支架可有效阻止软组织入侵，促进骨再生，修复效果优于临床经典GBR方案，骨体积分数、骨小梁数量等指标显著提升。
WHAT：研究内容
本文针对传统GBR技术术中操作繁琐、移植材料易移位、再生效率受限的临床痛点，开发多喷头并行打印的 PCL/nHA 复合屏障/填充一体化支架，如图1所示，解决熔融挤出3D打印多喷头热干扰、成型一致性差的技术难题，实现高一致性、高通量制备，并验证其在牙槽骨缺损修复中的再生效果。
图1 用于牙槽骨修复的屏障/填充剂一体化支架的多喷头打印设计及机制示意图
解决方案：技术优势
1、多喷头并行打印系统搭建与温控优化
系统集成XY-Z运动系统、10喷头并行模块与对流冷却风扇，可适配医用级 PCL、nHA/PCL复合材料的熔融挤出加工;针对多喷头热串扰问题，采用风扇强制对流冷却结合单喷头独立温度补偿方案，将喷头尖端温度差异由2.6℃降至 0.5℃，确保10个喷头打印的结构在几何尺寸与力学性能上保持高度一致;同时完成工艺优化，确定喷头温度 95℃、层厚140μm的最优打印参数，成功实现无缺陷薄壁屏障膜与多孔TPMS结构的稳定成型。
2、一体化支架制备与多维度表征
材料选用nHA/PCL复合体系，经热重分析与气相色谱‑质谱检测证实溶剂 HFIP已完全去除，生物安全性符合医用标准;结构表征结果显示,屏障膜厚度约200μm,层间撕裂力达10.0~12.1N，力学性能显著优于商用胶原膜，TPMS多孔结构孔隙率均匀，nHA 在基体中分散良好，压缩模量为53.4±3.1MPa、抗压强度为 4.4±0.3MPa，与颌骨骨小梁力学特性高度匹配;10个喷头并行打印的支架在厚度、力学强度及孔隙率等关键指标上均无统计学差异，批间稳定性优异，可满足临床规模化生产需求。
图3 多喷头复合一体化nHA/PCL支架的结构表征
3、体内牙槽骨修复效果验证
本研究成功建立兔下颌骨6mm临界尺寸牙槽骨缺损模型，并设置空白组、一体化支架组、商用骨粉+3D打印屏障组、商用骨粉+胶原膜组四组开展对照实验。术后12周的影像学检测结果显示，一体化支架组骨体积分数(BV/TV)达到 41.6±6.5%，骨小梁数量显著高于空白组，与临床经典GBR组无明显差异，且骨轮廓维持完整;组织学观察进一步证实，3D打印屏障膜可全程有效阻挡纤维组织侵入，TPMS 多孔支架内部骨组织长入充分，骨-支架整合紧密，未出现材料塌陷或移植颗粒移位等问题，整体修复效果稳定可靠。
图4 体内牙槽骨修复体内实验验证示意图
4、再生机制与临床价值
支架的致密PCL屏障层能够长期维持骨再生空间，有效克服胶原膜快速降解与力学性能不足的问题，nHA/PCL复合TPMS填充层可提供良好的成骨微环境，促进骨细胞黏附、增殖与矿化，一体化设计简化了临床手术流程，多喷头打印技术可实现高通量生产，为标准化、个性化牙槽骨修复植入体提供了可规模化的制造方案。
图5 术后12周组织切片染色示意图
结论
本研究将10喷头并行模块整合至熔融挤出打印系统，结合对流冷却与独立温度补偿，攻克多喷头热串扰难题,实现屏障/填充一体化GBR支架的高通量、高一致性制备。该支架在兔牙槽骨缺损模型中，有效阻止软组织浸润并高效促进骨再生。该多喷头并行打印技术为医用高分子植入体的规模化、标准化生产提供了全新路径，在口腔颌面骨再生领域具备重要临床转化前景。