近年来，3D打印技术突飞猛进。相比于传统技术，3D打印技术更加精准和高效。它与普通的平面打印原理基本一致，只不过普通打印机内的“打印材料”是墨水和纸张，而3D打印机中是金属、塑料、细胞等实物，它将打印材料一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成立体的实物。3D打印软骨可以用在修复人体软骨的缺损上，它不仅能修复病理性软骨缺损，而且能修复创伤性软骨缺损，所以3D打印软骨于治愈与软骨相关的重大疾病和维护人类健康而言具有重大意义。虽然只是人体骨格连接处很小的一部分，但软骨却是人身体上不可或缺的重要组成部分，人的坐卧行走都需要它的参与。可是，因为软骨没有血管、神经及干细胞，所以不像人体其他组织具有自我修复的能力，想要修复只能依靠人为干预。兰州大学口腔医学院范增杰教授及其团队充分利用3D打印这一新兴技术，联合美国康涅狄格大学化学与生物分子工程系SunLuyi教授团队，通过物理交联、光交联和化学交联三种交联方法首次设计并成功制备了一种三层梯度结构的软骨支架，日前，该研究成果以“3D打印羟基磷灰石梯度的水凝胶支架有效修复大鼠的骨软骨缺损”为题发表在《先进功能材料》（AdvancedFunctionalMaterials）上。国际独创
软骨修复必须有能够促使它自身分化的细胞，但是软骨细胞没有分化功能，必须让干细胞介入来使软骨拥有自我修复的能力，所以软骨修复一直是医学领域的研究重点和难点。基于此，范增杰团队致力于设计出一种能够高度还原软骨组织的结构，这种结构能够诱导干细胞定向分化为软骨和骨细胞，从而在缺损的地方形成一个完整的软骨组织。在刚开始构建软骨时，范增杰团队并没有想到引进3D立体技术，而是采用了传统的浸泡法。相较于3D打印技术，浸泡法流程更加复杂，“因为软骨组织本身很复杂”。软骨细分为三层，最外层为软骨层，再往下一层是钙化层，最里面一层是软骨下骨层，这三层由外向内硬度依次递增，形成一个由软到硬逐渐过渡的梯度结构。同时，这三层的化学组成也存在差异，软骨层不含任何矿物质、全部由胶原纤维构成；钙化层含有30%左右的羟基磷灰石；软骨下骨层大概含有70%的羟基磷灰石，由此它们又形成了化学成分上的梯度结构。要想修复软骨组织，就必须想办法恢复这三层组织。传统的浸泡法需要分别泡三次水凝胶来模拟这三层。范增杰说：“浸泡法的前端需要先把水凝胶做出来，再放到模拟液里去泡。第一次泡低浓度的，第二次泡中浓度的，第三次泡高浓度的，这样软骨才能形成一个梯度。”通过浸泡法分别将每一层泡好后再把三层叠加，虽然也能达到3D打印技术的效果，但其制备流程繁杂，并且所用时间漫长、效率很低。另外，浸泡法还不能规避溶胀的弊端，“如果水凝胶材料泡水时间太长，它就会发生溶胀，一溶胀，它的尺寸稳定性就不那么好了。”到底怎么样才能高效保质地模拟出软骨组织呢？范增杰及其团队将目光转向了3D打印技术，“因为3D打印技术具有提供高效精准的软骨组织修复方法的可能性。”他们首先用电脑建模，把软骨的形状、大小都设计好，然后制备墨水，使用多头3D打印机来打印。第一个喷头不加羟基磷灰石，打印出软骨的第一层，第二个喷头打印钙化层，第三个打印软骨下骨层，一层一层叠起来，直到形成一个比较完善的软骨结构。由3D打印技术打印出的软骨组织有较低的溶胀率和较高的修复率，因此它能够更好地修复人体软骨缺损，“这在国际上完全是我们独创的”。拨云见日研究中，范增杰团队时刻