生物3D打印技术是一种利用三维打印的方法来构建具有生物活性的组织或器官的技术。通过3D生物打印机，以生物墨水为“建筑材料”，逐层堆叠，构建出模拟人体组织的细胞支架。这种技术的核心在于将活细胞接种入支架，使其在体外生长，最终形成功能性组织。

3D生物打印的概念最早于2003年在美国提出专利申请，并于2006年正式获得授权，标志着这项技术正式进入人们的视野。

（图片来源：https://www.sigmaaldrich.com/HK/zh/technical-documents/technical-article/cell-culture-and-cell-culture-analysis/3d-cell-culture/3d-bioprinting-bioinks?srsltid=AfmBOoo0Iav8AAIKVYCMnsYnbhkQxubdwYY-mx2oJPRJR8aqVb9n8EFH）

生物3D打印技术的原理

● 生物墨水：生物墨水是生物3D打印的核心。它包含活细胞、生长因子和生物聚合物。活细胞是构建组织的基本单位，生长因子能刺激细胞生长，而生物聚合物则为细胞提供一个三维的支架，帮助细胞附着和生长。

● 层状堆积：3D生物打印机通过逐层堆叠生物墨水，就像盖房子一样，一层一层地搭建起复杂的生物结构。每一层都按照预先设计的3D模型进行精确堆叠。

● 细胞生长：打印完成后，细胞在生物墨水中继续生长和分化，形成具有特定功能的组织或器官。

（图片来源：https://www.mdpi.com/1422-0067/23/15/8589）

常见的生物打印平台

● 喷墨式生物打印

(图片来源：https://www.researchgate.net/figure/nkjet-bioprinting-process_fig2_365090320)

这种技术通过精确控制液滴的形成和沉积来实现生物墨水的3D构造。液滴的生成通常依赖于热效应或者压电元件施加的压力变化。当一个脉冲作用于喷嘴时，它会导致内部压力迅速增加，从而挤出一个微小的液滴。这种方法适用于对温度敏感性较低且具有适当粘度的生物墨水。

● 挤出式生物打印

（图片来源：https://www.researchgate.net/publication/370803300_3D_bioprinting_in_the_era_of_4th_industrial_revolution_-_insights_advanced_applications_and_future_prospects）

生物墨水被以细丝的形式从一个或多个喷嘴挤出，按照预定路径逐层堆积成三维结构。挤出过程可以通过气动压力、活塞推进或者螺杆驱动等方式实现。挤出式打印适合处理较稠的生物墨水，而且可以更好地保持细胞活力，因为细胞受到的剪切力相对较小。

● 激光辅助生物打印

激光辅助生物打印（LAB）是一种高精度细胞打印技术，通过将脉冲激光聚焦于一个涂有金属吸收层和生物墨水的透明色带上来工作。当激光脉冲照射到吸收层时，产生的热量会在生物墨水层中迅速形成空化气泡，气泡的膨胀和塌陷产生射流，推动微小的生物墨水滴精确地转移到对面的接收基板（图片中显示的是小鼠颅骨上的骨缺损）上，如组织支架或活体内的缺陷部位。这种方法能够实现细胞的高存活率和图案化的精细打印，特别适合用于需要高分辨率和高细胞存活率的应用场景。

未来展望

生物3D打印虽然前景广阔，但仍面临诸多挑战，如生物墨水的开发、大尺寸组织的血管化以及免疫排斥等问题。

尽管如此，随着技术的不断进步，我们有理由相信，生物3D打印将在不久的将来克服这些困难，为再生医学和个性化医疗带来革命性的变化，最终为人类健康做出巨大贡献。

参考文献：

【1】Salg, G.A.; Blaeser, A.; Gerhardus, J.S.; Hackert, T.; Kenngott, H.G. Vascularization in Bioartificial Parenchymal Tissue: Bioink and Bioprinting Strategies. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 8589.

【2】Keriquel, Virginie & Oliveira, Hugo & Murielle, Remy & Ziane, Sophia & Delmond, Samantha & Rousseau, Benoît & Rey, Sylvie & Catros, Sylvain & Amédée, Joelle & Guillemot, Fabien & Fricain, jean christophe. (2017). In situ printing of mesenchymal stromal cells, by laser-assisted bioprinting, for in vivo bone regeneration applications. Scientific Reports. 7. 10.1038/s41598-017-01914-x.