在支持器官結(jié)構(gòu)保真度的打印策略開(kāi)發(fā)上，生物打印新材料的開(kāi)發(fā)仍存在著一定的研發(fā)差距。

生物3D打印是一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，通過(guò)逐層精確定位生物材料、活細(xì)胞，以及設(shè)計(jì)放置這些功能部件來(lái)支持生物部件的工程。目前有些媒體已經(jīng)報(bào)道過(guò)一些典型的技術(shù)項(xiàng)目，包括著色皮膚、視網(wǎng)膜、心臟和肺部組織模型的生物3D打印。

生物3D打印中的功能部件主要是使用的生物墨水，是由細(xì)胞包覆水凝膠等生物材料的細(xì)胞組成的配方。就像3D打印一樣，生物3D打印能夠以機(jī)械化、系統(tǒng)化和優(yōu)良化的方式沉積材料。由于在打印過(guò)程中增加了生物細(xì)胞的元素，在開(kāi)發(fā)功能性3D生物打印的設(shè)計(jì)原則和策略時(shí)，也面臨一些挑戰(zhàn)。

為了確保細(xì)胞在生物打印過(guò)程中存活，并且打印后還能保持長(zhǎng)期培養(yǎng)的功能，需要配備整體的制造策略。在打印后的組織成熟過(guò)程中發(fā)生的細(xì)胞材料重塑相互作用，增加了工藝流程的額外維度。因此，這種計(jì)算機(jī)輔助的組織工程涉及各種技術(shù)和學(xué)科的相互作用，如發(fā)育生物學(xué)、干細(xì)胞、計(jì)算科學(xué)和材料科學(xué)。

目前的生物打印技術(shù)能夠以微米級(jí)的精度沉積材料，即材料擠壓、材料噴射、光聚合、自由形式的空間打印。生物打印技術(shù)中的數(shù)字器官藍(lán)圖再現(xiàn)了工程生物人工組織中原生組織的分層微環(huán)境。通過(guò)協(xié)調(diào)不同長(zhǎng)度尺度的材料沉積過(guò)程或組合額外的生物分子，可以重建具有異質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)材料密度的功能梯度。

此外，可以創(chuàng)新地利用生物打印過(guò)程來(lái)生成組織的功能設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，通過(guò)應(yīng)用基于擠壓的生物打印技術(shù)，我們能夠以創(chuàng)造性的方式捕獲剪切應(yīng)力，從而在打印的組織中實(shí)現(xiàn)宏觀細(xì)胞排列。大尺寸的細(xì)胞排列對(duì)于心臟和肌肉骨骼的應(yīng)用至關(guān)重要。為此，我們還研究了使用專(zhuān)門(mén)的噴墨打印機(jī)（如HP D300e數(shù)字分配器）沉積細(xì)胞的納米液滴。

在支持器官結(jié)構(gòu)保真度的打印策略開(kāi)發(fā)上，生物打印新材料的開(kāi)發(fā)仍存在著一定的研發(fā)差距。利用導(dǎo)電水凝膠，與生物打印結(jié)構(gòu)中的細(xì)胞連接，提供生物化學(xué)和生物物理的刺激線(xiàn)索。通過(guò)協(xié)同刺激來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞行為將提高工程組織的功能，這種設(shè)想為下一代智能仿生組織模型的應(yīng)用提供了希望。

導(dǎo)電水凝膠生物墨水的制備（左）及支架的生物3D打?。ㄓ遥┝鞒淌疽鈭D

（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院）

總之，要在3D生物打印中實(shí)現(xiàn)對(duì)形狀和分辨率的精確控制，需要跨越多個(gè)學(xué)科的系統(tǒng)工程和設(shè)計(jì)思維。將新的數(shù)字技術(shù)和先進(jìn)的傳感器融入到生物打印中，是未來(lái)仿生器官發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。將3D生物打印與工業(yè)4.0的必然性結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)未來(lái)醫(yī)療的創(chuàng)新，創(chuàng)造從醫(yī)療設(shè)備到工程組織和器官的新療法。

在支持器官結(jié)構(gòu)保真度的打印策略開(kāi)發(fā)上，生物打印新材料的開(kāi)發(fā)仍存在著一定的研發(fā)差距。

生物3D打印是一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，通過(guò)逐層精確定位生物材料、活細(xì)胞，以及設(shè)計(jì)放置這些功能部件來(lái)支持生物部件的工程。目前有些媒體已經(jīng)報(bào)道過(guò)一些典型的技術(shù)項(xiàng)目，包括著色皮膚、視網(wǎng)膜、心臟和肺部組織模型的生物3D打印。

生物3D打印中的功能部件主要是使用的生物墨水，是由細(xì)胞包覆水凝膠等生物材料的細(xì)胞組成的配方。就像3D打印一樣，生物3D打印能夠以機(jī)械化、系統(tǒng)化和優(yōu)良化的方式沉積材料。由于在打印過(guò)程中增加了生物細(xì)胞的元素，在開(kāi)發(fā)功能性3D生物打印的設(shè)計(jì)原則和策略時(shí)，也面臨一些挑戰(zhàn)。

為了確保細(xì)胞在生物打印過(guò)程中存活，并且打印后還能保持長(zhǎng)期培養(yǎng)的功能，需要配備整體的制造策略。在打印后的組織成熟過(guò)程中發(fā)生的細(xì)胞材料重塑相互作用，增加了工藝流程的額外維度。因此，這種計(jì)算機(jī)輔助的組織工程涉及各種技術(shù)和學(xué)科的相互作用，如發(fā)育生物學(xué)、干細(xì)胞、計(jì)算科學(xué)和材料科學(xué)。

目前的生物打印技術(shù)能夠以微米級(jí)的精度沉積材料，即材料擠壓、材料噴射、光聚合、自由形式的空間打印。生物打印技術(shù)中的數(shù)字器官藍(lán)圖再現(xiàn)了工程生物人工組織中原生組織的分層微環(huán)境。通過(guò)協(xié)調(diào)不同長(zhǎng)度尺度的材料沉積過(guò)程或組合額外的生物分子，可以重建具有異質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)材料密度的功能梯度。

此外，可以創(chuàng)新地利用生物打印過(guò)程來(lái)生成組織的功能設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明，通過(guò)應(yīng)用基于擠壓的生物打印技術(shù)，我們能夠以創(chuàng)造性的方式捕獲剪切應(yīng)力，從而在打印的組織中實(shí)現(xiàn)宏觀細(xì)胞排列。大尺寸的細(xì)胞排列對(duì)于心臟和肌肉骨骼的應(yīng)用至關(guān)重要。為此，我們還研究了使用專(zhuān)門(mén)的噴墨打印機(jī)（如HP D300e數(shù)字分配器）沉積細(xì)胞的納米液滴。

在支持器官結(jié)構(gòu)保真度的打印策略開(kāi)發(fā)上，生物打印新材料的開(kāi)發(fā)仍存在著一定的研發(fā)差距。利用導(dǎo)電水凝膠，與生物打印結(jié)構(gòu)中的細(xì)胞連接，提供生物化學(xué)和生物物理的刺激線(xiàn)索。通過(guò)協(xié)同刺激來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞行為將提高工程組織的功能，這種設(shè)想為下一代智能仿生組織模型的應(yīng)用提供了希望。

導(dǎo)電水凝膠生物墨水的制備（左）及支架的生物3D打?。ㄓ遥┝鞒淌疽鈭D

（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院）

總之，要在3D生物打印中實(shí)現(xiàn)對(duì)形狀和分辨率的精確控制，需要跨越多個(gè)學(xué)科的系統(tǒng)工程和設(shè)計(jì)思維。將新的數(shù)字技術(shù)和先進(jìn)的傳感器融入到生物打印中，是未來(lái)仿生器官發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。將3D生物打印與工業(yè)4.0的必然性結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)未來(lái)醫(yī)療的創(chuàng)新，創(chuàng)造從醫(yī)療設(shè)備到工程組織和器官的新療法。