3D生物打印中的生物墨水可打印性研究

39 Research on the printability of hydrogels in 3D bioprinting.pdf

Researchon the printability of hydrogels in 3D bioprinting, Scientific Reports, 2016,6:29977, DOI: 10.1038/srep29977

生物墨水的可打印性关系到3D生物打印是否能取得期望的精度。而生物墨水作为一种典型的软物质材料，其打印精度的控制是能否制造出临床尺寸结构的一个关键。目前国内外对此研究较少，甚至连可打印性“Printability”这个概念的定义都不清晰。在本文中我们从制造角度对生物墨水的可打印性进行了研究，对生物墨水打印时的合适黏度、从基础的1D线条打印到2D的支架打印，再到3D的组织实体打印中的各种误差成因及调控进行了探讨。并尝试对可打印性“Printability”进行了定义。

所谓的可打印性或者说某种生物墨水具有打印性通常包括三层含义：（1）、生物墨水的黏度需要能可调，比如通过温度、剪切变细等特性。只有可调才能设计适合的打印方式及打印参数区间。（2）生物墨水在打印前要是液态的，以避免堵塞喷嘴，打印后要能迅速变为固态以保持形状。在逐层打印的过程中，打印的纤维凝胶化并彼此粘结非常重要，这决定了该材料或该打印工艺是否是正真的3D打印。（3）拥有或找到针对该材料的打印窗口或工艺参数区间也非常重要。目前有大量的看起来很美的新型生物材料或生物墨水的研发报道，但最终这些墨水只能局限于某些简单的成型，使其失去实际意义。

从制造角度说，生物墨水中最常用的凝胶材料的打印窗口其实很狭窄。为了保证更好的成形精度，需要更高的墨水浓度或交联密度，而这会对细胞的迁移增值造成很大的影响，同时高浓度的生物墨水也会增加打印的难度。然而，低浓度的墨水难以定形。由于需要在墨水中混入细胞，因而很多用于处理凝胶及增强凝胶强度或活性的方法不具有生物兼容性。理想的生物墨水要求合适的黏度、足够的强度、良好的生物兼容性及降解性。迄今为止找到一种合适的生物墨水仍然是一个巨大的挑战。