近日，美國德州的一個(ge) 研究團隊開發出一種全新的技術。該技術通過加入海藻酸鹽，可以在3D打印水凝膠過程中實現前所未有的耐用性和精度控製。據悉，這種生物材料兼具彈性和強度，十分類似我們(men) 自己的自然組織，因此可用來3D打印一些需要承重的部件，比如膝蓋軟骨，也可以減少那些遭受運動損傷(shang) 或者其它外傷(shang) 的患者的關(guan) 節置換需要。

所謂的關(guan) 節軟骨，是一種白色的柔軟軟骨，它可以實現骨關(guan) 節的平滑移動並吸收關(guan) 節部位受到的衝(chong) 擊和力量。因此如果種種原因該關(guan) 節軟骨受損而不能自行愈合，甚至隨著時間而持續磨損的話，就會(hui) 導致關(guan) 節僵硬、嚴(yan) 重的炎症，喪(sang) 失運動能力和極度的痛苦。最終，如果軟骨磨損太大，導致關(guan) 節兩(liang) 頭的骨頭接觸，就需要進行人工關(guan) 節置換手術。而由於(yu) 捐助者的嚴(yan) 重缺失和生物相容性的問題，成功的移植十分少見。

為(wei) 了克服這些障礙，來自德克薩斯理工大學（Texas Tech University）和德克薩斯A&M大學（Texas A&M University）的科學家們(men) 開始轉向生物打印技術和生物相容性材料來尋找解決(jue) 方案，他們(men) 希望能夠3D打印出比原有組織更好的組織和細胞支架，以取代人類捐獻者。

凝膠是由一種親(qin) 水性聚合物鏈的組成的，可以用於(yu) 製作簡單的組織和細胞支架，被認為(wei) 是一種優(you) 良的生物相容性材料。正是因為(wei) 其高含水量使得他們(men) 能夠模仿生物組織的柔性。但是遺憾的是除此之外水凝膠的強度太低、容易變形，因此無法用於(yu) 像膝蓋這樣的承重關(guan) 節。

“而且由於(yu) 其低粘度和膠凝溫度範圍大，至今世界上仍未實現水凝膠材料的精確3D打印。”研究者在論文寫(xie) 道。該論文的名稱為(wei) 《一種超強水凝膠的3D打印（3D printing of an extremely tough hydrogel）》，已經被發表在《RSC Advances》雜誌中。“在這項研究中，一種高強度雙網絡水凝膠通過添加海藻酸鹽實現了精確打印。海藻酸鹽的添加不僅(jin) 增加了油墨的粘度和打印時間，同時也提高了其流變特性，可以在過程中實現精準的控製。”

簡單地說，這種海藻酸鹽，是一種粘性膠狀聚合物，可以鏈接鬆散的凝膠網絡，使其更強、更耐磨，並且在3D打印時保持精確的形狀。

此外，科學家們(men) 還通過將該水凝膠結構浸入氯化鈣溶液引入鈣離子。這些離子會(hui) 與(yu) 海藻酸鹽形成交聯，使其更加強大。由此而產(chan) 生的鈣和海藻酸鹽水凝膠的抗拉強度高於(yu) 任何其他水凝膠生物材料，與(yu) 人類自然的軟骨不相上下。

“組織工程的一個(ge) 主要挑戰是製造出符合臨(lin) 床要求的尺寸、形狀和結構完整性的對象。3D生物打印已具備達到這個(ge) 目標的潛力。”Wake Fores再生醫學研究所主任 Anthony Atala說。