1.设计具有高成骨活性的仿生无机纳米粉体/聚己内酯光固化型打印墨水

2.通过计算机模拟与流变学研究，建立液相条件下墨水配方与3D打印墨水流变性之间的多因素耦合模型，实现高固含量3D打印墨水的可控制备

3.模拟人体天然骨组织的各向异性、小曲率、多尺度等复杂结构特征，形成仿天然骨结构的3D打印无机有机复合骨植入材料制备技术

1 三维生物打印技术

  以挤出式3D打印生物墨水等为代表的三维生物打印技术在生物医学和组织工程领域的重要性与日俱增，该项技术可以复制复杂，的结构并具有模仿细胞的排列及生物组织和器官的结构特征的可能性。近几年来，三维生物打印技术变体多样，大多面向高清生物打印技术发展，即将生物打印能力提升到细胞和亚细胞尺度。由于可以更好地模拟组织结构，加快芯片器官的开发周期并实现可植入的微结构组织支架打印，其在临床已有大量应用。

2 胶原蛋白水凝胶

  尽管胶原蛋白水凝胶在诸多领域备受关注，但其目前仍存在一些局限性。其中较为突出的是其结构保真度不够理想。在传统的制备和应用过程中，由于导致在实际应用中可能无法充分发挥其应有的功能。例如，在组织工程中，结构不稳定可能影响细胞的正确排列和组织的正常发于受到多种因素(如制备工艺、外部环境等)的影响，胶原蛋白水凝胶难以精确地维持其预设的三维结构，育，在药物递送方面，结构的改变可能影响药物的释放速率和靶向性。

3 发展动态

  除了提高打印分辨率以外，未来研究将聚焦于①如何使打印成品同时具备高分辨率与大尺寸(厘米级)，提高生产能力②实现打印成品的定制改性，通过添加特定的分子，引起被包裹细胞的反应，提高生物功能化。

1.将3D打印技术运用于胶原蛋白水凝胶的制备，提高结构保真性及其他性能，实现高成骨活性。

2.通过优化3D打印方案及材料配方，进一步提升胶原蛋白水凝胶制备效率、质量。

3.建立液相条件下墨水配方与3D打印墨水流变性之间的多因素耦合模型，实现可控制备。

4.实现仿天然骨结构的3D打印无机有机复合骨植入材料制备。

1 技术路线

  1.1 研究方法

  A).理论研究手段，利用材料科学、流变学等方面的知识进行严格的理论推演，分析和确立实验原理。

  B).实验研究手段，通过挤出式3D打印机制备材料，期间涉及到如何制备与如何可控制备高固含量3D打印墨水配方这些问题，需要我们结合理论推演与实际实验数据，探究可能性，构建数学模型以解决。

  1.2 研究思路：

  ①理论分析

  （构建数学模型→）分析材料制备可行性

  ②实验设计

  确定实验装置、墨水配方→制备光固化水凝胶溶液→确定打印参数→挤出式3D打印＋光固化制备

  ③实验探究

  流变学研究、形态和表面质量评估等→构建数学模型→结构保真性影响因素（→①理论分析）

2 拟解决的问题

  1.高成骨活性的打印墨水配方制备，需要多次实验、调整。

  2.液相条件下墨水配方与3D打印墨水流变性之间的多因素耦合模型建立，需要一定的数学建模知识和流变学知识基础。

  3.人体天然骨组织模拟，需要了解其复杂的结构特征表现，并实现这些复杂结构打印，具有较高的打印分辨率。

3 预期成果

  1.通过成功的比例调配，完成上述仿生高成骨活性墨水的制备；

  2.使用挤出式3D打印机成功打印所制备墨水；预期通过性能分析获得准确的实验数据；使用分析所得数据构建墨水-流变性数学模型。

  3.发表核心期刊以上论文一篇；

  4.培养4名本科生完成大学生创新实验。

2024年9月-2024年11月：查阅资料并进行项目设计，内容包括：①调研国内外3D打印胶原水凝胶的现有研究成果②明确项目目标与应用方向③确定项目组成员分工及具体研究计划④学习实验操作。

2024年12月-2025年3月：开展3D打印胶原水凝胶的具体实践。尝试不同配方的打印材料，测试交联剂类型、浓度、温度等因素对水凝胶的影响，并对对打印样品进行以结构保真度为主的各类性能测试。

2025年4月-2025年7月：基于上阶段研究数据，进行3D打印胶原水凝胶工艺调试与参数优化、配方改进，以尽可能提升3D打印胶原水凝胶的结构保真度及其他各类性能。

2025年8月-2025年11月：基于上阶段初步结论与优化方案，再次进行实验，制备性能最优化的胶原蛋白水凝胶。

2025年12月-2026年3月：进行撰写论文及报告、专利申请等工作，并准备课题结束答辩。