生物3D打印技术是应用于组织工程领域的一项新型技术,能实现生物材料的定向操作和可控沉积,解决传统组织工程面临的难题。开发合适的生物材料是目前生物3D打印技术发展的关键。纳米纤维素因具有生物相容性、可降解性、高长径比、大比表面积、高强度等特点,在生物医学材料领域受到了越来越多的关注。本文基于挤出式生物3D打印技术,以纳米纤维素为研究重点,利用其优异的力学特性和特殊的“触变性”,将其作为增强相或基体相,制备了纳米纤维素复合水凝胶,并对打印成型工艺进行了探究。本文的主要研究内容包括:(1)未氧化的纳米纤维素(NFC)作为增强相与海藻酸钠/明胶基体(SA/GEL)共混,通过形貌观测、化学结构表征、流变性能测试、力学性能测试、可打印性分析等,探究NFC对基体水凝胶各项性能的影响。结果表明:NFC的添加赋予了SA/GEL基体良好的剪切变稀特性,提高了水凝胶的可打印性,相比于SA/GEL基体水凝胶,NFC/SA/GEL复合水凝胶打印的结构成型效果更好。另外,NFC的加入在一定程度上提高了水凝胶的力学性能,但对水凝胶的断裂伸长率以及压缩破裂应变产生了负面影响。过量的NFC容易产生团聚,NFC添加量为0.75%w/v时,性能最佳。(2)TEMPO体系氧化的纳米纤维素(T-NFC)作为增强相与海藻酸钠/明胶基体(SA/GEL)共混,通过表征与测试,分析T-NFC对SA/GEL基体水凝胶的机械性能、可打印性的影响,并与NFC增强的水凝胶进行对比。结果表明:相比于NFC,T-NFC在去离子水中的分散情况更好。相比于NFC增强的水凝胶,T-NFC增强的水凝胶虽然在刚度上有所减弱,但其具有更好的韧性。另外,T-NFC/SA/GEL水凝胶的可打印性有了进一步的提高。(3)以TEMPO体系氧化的纳米纤维素(T-NFC)作为基体水凝胶,分析其在挤出式生物3D打印中的应用前景。结果表明:T-NFC在相对较高浓度时呈水凝状,具有良好的“剪切变稀”特性,但成型效果不佳。SA对T-NFC水凝胶的可打印性提升作用不明显,但T-NFC与GEL共混时,可打印性提升明显。(4)分析纳米纤维素复合水凝胶材料的流体特性,建立针筒三维模型,对水凝胶在针筒内的流动行为进行仿真,探究挤出式3D打印过程中喷头内材料受到的剪切应力与速度梯度变化情况。并通过NFC(0.75)、T-NFC(1/0/8)的3D打印实验,分析工艺参数(打印气压、喷头距沉积平台距离、打印速度、丝间距)对打印丝线及多孔细胞支架成型情况的影响。