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  近日，國立京都工藝纖維大學（Kyoto Institute of Technology, KIT）徐淮中團隊成功實現了聚（乙醇酸-共-己內酯）（PGCL）的高精度3D打印，有望成為熔體近場直寫（melt electrowriting, MEW）技術的第二種關鍵材料。該研究證實了PGCL不僅具備極高的打印穩定性，同時PGCL支架的快速可降解性和力學可調控性為開發醫療器械提供了新方案。

  2025年12月26日，相關工作以"High-resolution and Ultra-stable 3D Printing of Poly(glycolide-co-caprolactone) for Developing Biodegradable Medical Devices"為題發表在《Advanced Functional Materials》上。國立京都工藝纖維大學博士研究生楊柳為第一作者，徐淮中副教授為通訊作者。

  組織工程與再生醫學發展迅速，但材料力學和降解行為如何匹配組織再生仍是當前再生醫學的關鍵點和痛點。尤其在心臟補片和血管等組織及動態負載相關應用中，理想的支架材料不僅需具備精確可控的微結構，還應在使用過程中展現出與組織再生過程相匹配的力學與降解行為。熔體近場直寫作為一種先進的3D打印技術，能夠制備纖維直徑在1–60 μm，纖維間距低至25 μm的高精度支架。目前，聚己內酯（PCL）因其優異的打印穩定性、良好的力學性能和生物相容性，被公認為是MEW領域中最重要的材料。然而，PCL較長的降解周期（>3年）約束了MEW技術在可降解醫療器械開發中的應用。

  研究團隊自主研發的MEW裝置成功實現了長達100小時以上的PGCL連續穩定打印。研究表明，PGCL在85°C下加熱96小時后，其分子量僅略微下降，熱降解速率與PCL相當，并顯著優于PLLA等聚合物。在此穩定加工狀態下，團隊制備出纖維直徑6 μm、纖維間距為100 μm的高精度支架，并實現了多種非線性圖案打印，如圖1所示。

圖1 不同結構的PGCL支架形貌。

  針對高層管狀支架打印過程中電場變化引起纖維斷裂的挑戰，團隊通過靜電場模擬分析指導調節打印參數（圖2）。結果顯示，當升高接收距離，同時補償相應電壓，可有效消除電場不足引起的纖維斷裂問題。基于此，團隊成功打印了180層、形態完整且表面光滑的管狀支架（內徑為2mm）。

圖2 PGCL管狀支架的形貌及靜電場模擬。

  在力學性能方面，PGCL展現出與PCL相當的強度和柔韌性，其中管狀支架斷裂伸長率超過1500%。在降解性能方面，為期一年的體外水解實驗結果顯示，PGCL較PCL支架表現出明顯的降解特征（圖3）。PGCL分子量和支架力學性能從第4個月起明顯下降，一年后PGCL支架結構開始斷裂。

圖3 載紫杉醇藥物的PCL和PGCL支架的體外降解行為。

  為進一步拓展應用場景，團隊將PGCL支架與GelMA水凝膠復合，成功制備出兼具力學性能與生物活性的醫療器械。如圖4所示，對于平面支架，僅引入10%的PGCL支架重量，即可使復合支架的初始拉伸剛度提升一倍；此外，PGCL賦予復合支架在初始加載階段呈現典型J形應力-應變響應的力學特性，該特征與心肌等軟組織的力學行為高度吻合，表明其具備在動態生理環境中的應用潛力。對于管狀結構，復合管狀支架充分發揮了GelMA的抗壓性與PGCL的抗拉性，實現了力學的協同增強，在人工血管等領域中具備潛在優勢。

圖4 PGCL增強GelMA平面及管狀復合支架的力學性能。

  綜上，該研究極大地提高了PGCL材料在MEW制備中的地位。PGCL支架優異的打印性、良好的生物相容性和可控降解性激發了PGCL支架在組織工程和再生醫學領域中的應用潛力。此外，PGCL支架增強水凝膠為平衡支架的生物活性和力學性能提供了新方案。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202529410