近日，芙蓉实验室医用材料与生物仿真研究部负责人、中南大学湘雅口腔医院院长、湖南省口腔数智化与个体诊疗技术工程研究中心主任刘欧胜及其带领的湘雅口腔生物智造团队在材料学经典期刊《Materials Today》（IF=21.1）上发表了“Additive Manufacturing of Personalized, Semipermeable and Biodegradable Polymer/Metal Composite Membrane for Guided Bone Regeneration（增材制造个性化、半渗透、可降解高分子/金属复合引导骨头再生膜）”的研究论文 (https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.01.001)。

引导骨再生术（Guided bone regeneration，GBR）是目前治疗牙槽骨骨量不足的主要方法。GBR是通过植入GBR膜阻隔上皮和纤维结缔组织，防止其过早长入骨缺损部位，选择性保护骨组织成分的优先生长。由于高机械性能的需要，对于大面积或复杂牙槽骨缺损，目前临床常用的是钛等金属基材料制作的GBR膜。与传统医用金属钛和镁相比，锌因其良好的机械性能、可降解但不产生氢气、降解释放的Zn²⁺能诱导骨生长并提供抗菌性能，被认为是一种可维持大面积或复杂缺损空间、无需二次手术取出、无皮下气肿并发症、能加速牙槽骨再生且能预防术后感染的新型GBR膜材料。而目前临床常用是金属的片或条，需要医生在GBR手术过程中手动切割、弯曲和个性化塑形以适应牙槽嵴的形态。这一过程不仅耗时，而且增加患者感染风险。不精确的塑形还会导致膜与牙槽嵴不完全贴合。此外，在切割和弯曲过程中产生的尖锐边缘可引发机械刺激，导致黏膜破裂和金属膜暴露等并发症。通过3D打印技术制备的个性化锌基GBR膜能够缩短手术时间、提高手术精度并降低并发症发生率。

另一方面，GBR膜本质是屏障膜，其核心功能是半透性，即抑制成纤维细胞向骨缺损部位迁移生长的同时不影响营养物质的交换。引入多孔结构可以调控材料的透性。然而，在3D打印金属基GBR膜的复杂曲面上设计多孔结构，易造成应力分布不均，导致裂纹形成，降低膜的机械性能。此外，成纤维细胞大小是十几到几十微米，如要实现半透性，需要更小的孔设计。激光粉末床熔融是基于微米级金属粉末的3D打印技术，过小的孔隙设计在制造过程中会导致严重的堵孔。另外，多孔结构设计也会显著增加锌基材料的比表面积并导致其过快降解，影响膜在骨再生期间的机械完整性。

为了解决以上需求，本研究探索一种基于电化学组装和激光粉末床熔融的复合增材制造方法以制备个性化、半透性和可生物降解的高分子/金属GBR膜。具体而言，首先根据患者牙槽骨缺损的CBCT数据，通过逆向工程建立个性化GBR膜所需的复杂曲面外形模型。其次，采用自主研发的“曲面随形单元填充算法”实现复杂曲面膜的多孔结构设计。相较于传统单元填充设计，该新设计方法能确保复杂曲面上单元结构的完整性和应力分布的均匀。随后，通过激光粉末床熔融技术3D打印个性化的多孔曲面锌膜基底；利用电化学组装技术，以多孔曲面锌膜作为支撑结构和模板，让壳聚糖/明胶的冷冻凝胶在锌基底表面生长，实现大孔金属膜和小孔高分子膜的“共形互嵌”，以满足GBR膜的半渗透性要求(图1a)。研究表明该复合膜能够有效传输营养物质，同时抑制100%成纤维细胞的浸润。与纯多孔锌膜相比，壳聚糖/明胶冷冻凝胶膜的共形覆盖增强了GBR膜的机械性能并降低了其降解速率，使其能保证60天以上的结构完整性，有利于GBR术后初期成骨所需要的空间维持。此外，通过控制降解速率，该复合膜缓解了纯多孔锌膜初期降解过程中Zn²⁺释放过快所带来的细胞毒性。通过缓释Zn²⁺，该复合膜还能表现出显著的促成骨和抗感染能力(图1b)。这些发现提示该个性化、半渗透、可降解锌/壳聚糖-明胶膜在大面积或复杂牙槽骨缺损GBR术中的应用潜力，并为如何利用电化学组装-激光粉末床熔化复合增材方法构建个性化高分子/金属复合生物材料提供了应用参考。

芙蓉实验室、湘雅口腔医院刘欧胜教授、程岘副教授、华南理工大学韩昌骏副教授及湖南大学朱伟副教授为共同通讯作者，湘雅口腔医院刘焱萍副教授及2023级硕士李英杰为共同第一作者，湘雅口腔医院卢燕勤教授及周红波副教授参与指导本研究。

湘雅口腔生物智造团队在刘欧胜教授的带领下，以卢燕勤教授、程岘副教授、刘焱萍副教授等老师为团队骨干，依托芙蓉实验室医用材料与生物仿真研究部、湖南省口腔数智化与个体诊疗技术工程研究中心建设。团队聚焦“在运动、潮湿口腔黏膜微环境中控释药物（含治疗性离子）困难”等临床问题，运用微纳电化学组装等先进技术智造新型药物递送系统。近年来，以第一/通讯作者在Matter（2021，2019），Materials Today（2025），Progress in Materials Science（2023），Bioactive Materials（2021），Bone Research（2021），International Journal of Oral Science（2024），Journal of Dental Research（2022）等领域高水平杂志发表论文25篇（9篇IF>10），申请国家发明专利14项，获批国家重点研发项目课题等国家级课题5项、省重点研发项目等省部级课题9项。团队成员入选省卫建委“高层次人才”、省科协“中青年优秀科技人才”、省科技厅“青年科技人才（青拔）”、省委组织部“湖湘青年英才”、省教育厅“优青”等。团队获省科技进步一等奖、人社部全国博士后创新创业大赛金奖。

（一审：程岘 王志新，二审：周君男，三审：向波）