摘 要：海藻酸-钠壳聚糖复合凝胶的研究与利用对于医疗领域具有重大意义，但其在存在机械强度较低、在体内无法稳定存等缺点，有待进一步改善。本文对纳米纤维素增强海藻酸钠-壳聚糖复合凝胶的研究相关文献进行了全面综述，首先介绍了其组成材料的特性及应用，3D打印技术及3D打印水凝胶，海藻酸钠凝胶的主要应用，然后针对性阐述了国内外海藻酸钠凝胶的研究现状，对比分析了海藻酸钠水凝胶的优缺点，结合纳米纤维素的特性为后续的研究提供参考。
关键词：3D打印，海藻酸钠，壳聚糖，纳米纤维素
1.研究背景及意义
基于环境保护与经济可持续发展的理念，以生物质材料替代不可再生资源，研发新型材料，制备新型生物质能源和化学品，已是全球科学研究与产 业发展的新方向。其中生物质复合材料的研究与 3D打印技术的结合，有望成为新一代先进材料开发研究的新趋势。海藻酸钠基水凝胶的3D打印近年来广泛的应用于骨和软骨等硬组织以及神经和血管等组织的再生研究上，许多研究者利用壳聚糖及纳米纤维素来改善海藻酸钠水凝胶的缺陷[1]。海藻酸钠水凝胶生物相容性较好、凝胶化速度快，且部分海藻酸钠基水凝胶具有三维网状结构，许多研究者利用具有三维网状结构的海藻酸钠基水凝胶来制备仿真组织再生支架，但当前海藻酸钠水凝胶最常用交联方式是利用钙离子交联，属于离子交联类型，离子交联有着机械强度较低、在体内无法稳定存在等缺点[2]。如何对其这些缺点进行改善是当下研究者关注的热点。
壳聚糖是由天然材质几丁质经过脱乙酰作用得到的，化学名称为聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-B-D葡萄糖[3]，不溶于水，能溶于稀酸，能被人体吸收。其化学结构为带阳离子的高分子碱性多糖聚合物，并具有独特的理化性能和生物活化功能[4]。利用海藻酸盐与壳聚糖之间的静电相互作用制备水凝胶，一定程度上可以提高参与反应的反应位点，提高三维网络交联密度，从而提高水凝胶机械的强度[2]。海藻酸钠和壳聚糖两种聚阴离子和聚阳离子生物高分子材料，二者交联组分比单一组分具有更好的细胞亲和性，可以提高细胞结合密度并维持良好生长状态[10]。
纤维素纳米纤维（CNF）与天然纤维素相比具有较高的弹性模量和反应活性，且密度跟膨胀系数较低，同时具有良好的生物相容性和降解性[9]。通过加入纳米纤维素能够进一步增强海藻酸钠水凝胶结构，使复合材料机械强度与稳定性大大提高。纤维素纳米纤丝可以经过羧甲基化处理，使得纤维素更容易融进体系[5]。魏佳欣等[6]以 纳米纤维素作为增强体，制备了纳米纤维素海藻酸钠-壳聚糖复合水凝胶材料，研究其流变行为和3D打印的可行性，并利用 3D打印的方法打印了不同形状并具有高结构稳定性的水凝胶支架。发现纳米纤维素的加入有利于模拟天然细胞外基质增强其稳定性，有望制备组织工程支架作为组织工程修复的移植物，在组织工程支架领域具有潜在的应用前景。
2.3D打印技术应用于水凝胶的国内外研究现状
2.1 3D打印技术简介
3D打印又称增材制造技术，3D打印生物质材料目前在医疗器械方面得到广泛的应用，主要的打印设备为挤出式生物打印机（打印水凝胶）以及熔融沉积打印机。水凝胶( Hydrogel)[7] 是以水为分散介质的凝胶，通过一定的化学交联或物理交联，形成聚合物三维网络。有关研究者在组织工程领域不断尝试运用水凝胶材料制备软组织结构支架，水凝胶结构以交联聚合、接枝共聚等方式通过化学引发、辐射以实现生物分子的水凝胶固定化，但这些方法难以达到材料分配及结构形态的精确控制，3D打印技术可以通过将结构量化数据化分析、层层堆叠的方式实现，具有极其明显的优势。3D打印生物凝胶目前按形成工艺原理主要有喷墨式、激光辅助式、光固化式以及挤出式[3]。借助于 3D 打印技术可以实现对水凝胶内外结构及尺寸进行控制，进而实现水凝胶在机械性能与结构方面的平衡。
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