综述：生物材料的材料挤出技术在变革性生物医学应用中的进展

这篇综述深入剖析了材料挤出（MEX）技术在生物医学领域的革命性潜力，聚焦于其与生物材料科学的协同演化关系。文章批判性地探讨了制造速度、分辨率和生物功能性之间的权衡（即"生物墨水悖论"），并揭示了从生物惰性支架到生物指令性系统的范式转变。通过分析组织工程、个性化医疗设备和先进体外模型等应用，作者指出临床转化的核心挑战在于血管化和功能成熟等问题，同时提出4D生物打印、AI驱动生物制造等未来方向。

　　

生物材料的材料挤出革命：机遇与挑战并存

The Co-evolution of Extrusion Technologies and Biomaterials

材料挤出（MEX）技术在生物医学领域的发展史，实则是一部与材料科学相互促进的协同演化史。从早期熔融沉积建模（FDM）到直接墨水书写（DIW），每种技术突破都源于现有材料的局限性，同时又催生新一代生物材料的需求。这种动态关系在生物墨水开发中尤为显著——既要保证挤出成型时的流变特性（如剪切稀化行为），又要满足细胞存活所需的微环境。最新的多材料共挤出系统正突破传统单材料限制，为构建仿生异质组织结构铺平道路。

Navigating the Bioink Paradox and the Rise of Bio-Instructive Materials

"生物墨水悖论"深刻揭示了挤出工艺与生物功能间的根本矛盾：高保真打印往往需要交联度高的刚性材料，而这会损害细胞活力；反之，理想细胞培养基质又常因机械强度不足而难以成型。为解决这一难题，研究者开发了温度敏感型明胶甲基丙烯酰（GelMA）等智能材料，其通过光交联实现从可打印流体到稳定凝胶的转变。更具突破性的是生物指令性材料的兴起，这些材料通过整合生长因子或拓扑线索，主动引导细胞行为而非仅提供被动支撑。

Biomedical Applications

在组织工程领域，骨软骨修复是最早实现临床转化的应用之一，但复杂器官构建仍受限于血管网络重建。皮肤生物打印虽已实现全层移植，但毛囊和汗腺等功能单元仍是难点。个性化医疗设备如气道支架的成功案例，凸显了MEX在解剖结构匹配方面的优势，却也暴露了长期植入物降解调控的挑战。值得注意的是，肿瘤-on-a-chip等先进体外模型正革新药物筛选流程，其微流体通道设计直接受益于高精度挤出技术。

Emerging Paradigms and Enabling Technologies

4D生物打印将时间维度引入传统3D结构，通过形状记忆水凝胶等材料实现植入后形态自调节。人工智能（AI）正彻底改变生物制造流程——从基于机器学习的挤出参数优化，到生成对抗网络（GAN）辅助的仿生结构设计。原位生物打印技术更突破传统体外构建限制，机器人辅助系统已实现在开放手术创面的直接细胞沉积。

Future Outlook and Strategic Recommendations

要实现MEX技术的全部潜力，必须建立跨学科协作网络以攻克材料-工艺-生物学的界面难题。标准化生物墨水表征体系、开发动态培养系统促进体外成熟、以及制定个性化治疗的监管框架，将成为未来十年的重点攻关方向。正如作者强调，真正的突破不在于单一技术的精进，而在于系统级解决方案的整合创新。