近日，国立京都工艺纤维大学（Kyoto Institute of Technology, KIT）徐淮中团队成功实现了聚（乙醇酸-共-己内酯）（PGCL）的高精度3D打印，有望成为熔体近场直写（melt electrowriting, MEW）技术的第二种关键材料。该研究证实了PGCL不仅具备极高的打印稳定性，同时PGCL支架的快速可降解性和力学可调控性为开发医疗器械提供了新方案。

  2025年12月26日，相关工作以"High-resolution and Ultra-stable 3D Printing of Poly(glycolide-co-caprolactone) for Developing Biodegradable Medical Devices"为题发表在《Advanced Functional Materials》上。国立京都工艺纤维大学博士研究生杨柳为第一作者，徐淮中副教授为通讯作者。

  组织工程与再生医学发展迅速，但材料力学和降解行为如何匹配组织再生仍是当前再生医学的关键点和痛点。尤其在心脏补片和血管等组织及动态负载相关应用中，理想的支架材料不仅需具备精确可控的微结构，还应在使用过程中展现出与组织再生过程相匹配的力学与降解行为。熔体近场直写作为一种先进的3D打印技术，能够制备纤维直径在1–60 μm，纤维间距低至25 μm的高精度支架。目前，聚己内酯（PCL）因其优异的打印稳定性、良好的力学性能和生物相容性，被公认为是MEW领域中最重要的材料。然而，PCL较长的降解周期（>3年）约束了MEW技术在可降解医疗器械开发中的应用。

  研究团队自主研发的MEW装置成功实现了长达100小时以上的PGCL连续稳定打印。研究表明，PGCL在85°C下加热96小时后，其分子量仅略微下降，热降解速率与PCL相当，并显著优于PLLA等聚合物。在此稳定加工状态下，团队制备出纤维直径6 μm、纤维间距为100 μm的高精度支架，并实现了多种非线性图案打印，如图1所示。

图1 不同结构的PGCL支架形貌。

  针对高层管状支架打印过程中电场变化引起纤维断裂的挑战，团队通过静电场模拟分析指导调节打印参数（图2）。结果显示，当升高接收距离，同时补偿相应电压，可有效消除电场不足引起的纤维断裂问题。基于此，团队成功打印了180层、形态完整且表面光滑的管状支架（内径为2mm）。

图2 PGCL管状支架的形貌及静电场模拟。

  在力学性能方面，PGCL展现出与PCL相当的强度和柔韧性，其中管状支架断裂伸长率超过1500%。在降解性能方面，为期一年的体外水解实验结果显示，PGCL较PCL支架表现出明显的降解特征（图3）。PGCL分子量和支架力学性能从第4个月起明显下降，一年后PGCL支架结构开始断裂。

图3 载紫杉醇药物的PCL和PGCL支架的体外降解行为。

  为进一步拓展应用场景，团队将PGCL支架与GelMA水凝胶复合，成功制备出兼具力学性能与生物活性的医疗器械。如图4所示，对于平面支架，仅引入10%的PGCL支架重量，即可使复合支架的初始拉伸刚度提升一倍；此外，PGCL赋予复合支架在初始加载阶段呈现典型J形应力-应变响应的力学特性，该特征与心肌等软组织的力学行为高度吻合，表明其具备在动态生理环境中的应用潜力。对于管状结构，复合管状支架充分发挥了GelMA的抗压性与PGCL的抗拉性，实现了力学的协同增强，在人工血管等领域中具备潜在优势。

图4 PGCL增强GelMA平面及管状复合支架的力学性能。

  综上，该研究极大地提高了PGCL材料在MEW制备中的地位。PGCL支架优异的打印性、良好的生物相容性和可控降解性激发了PGCL支架在组织工程和再生医学领域中的应用潜力。此外，PGCL支架增强水凝胶为平衡支架的生物活性和力学性能提供了新方案。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202529410