帶有霧滴打印頭的3D打印水凝膠生物墨水最新研究

南極熊導(dǎo)讀，3D生物打印是一種在體外生產(chǎn)活體組織流行的方法,，可應(yīng)用于各種組織工程,。基于液滴的生物打印 (DBB) 具有生物打印模式中最高分辨率,。然而,，由于打印過(guò)程僅與低粘度生物墨水兼容，DBB的使用受到限制,。為了克服這個(gè)困難,，科研人員發(fā)現(xiàn)了新的解決方案。

2022年5月14日,，南極熊獲悉,，最近發(fā)表在Bioprinting雜志上的一篇文章中,，研究人員討論了離子交聯(lián)水凝膠生物墨水，與基于霧的打印頭的基于液滴的生物打印,。使用的形式與以前基于液滴的生物打印方法完全相反,。

如需獲得原文更多信息：Badr, S.、MacCallum, B.,、Madadian, E. 等人,。《開(kāi)發(fā)用于離子交聯(lián)水凝膠生物墨水的基于液滴的生物打印的基于霧的打印頭》（點(diǎn)我傳送門(mén)）

生物打印e00207(2022),。https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2405886622000173

關(guān)于科研背景
目前,，暴露于離子交聯(lián)劑和熱調(diào)制是已研究的兩種交聯(lián)生物墨水液滴的方法,。但打印階段交聯(lián)劑的堆積使液滴和結(jié)構(gòu)的精確定位變得困難,，這對(duì)打印結(jié)構(gòu)的形狀保真度產(chǎn)生了負(fù)面影響。

為了克服這個(gè)問(wèn)題,，一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)涉及噴射生物墨水和交聯(lián)劑液滴,，多余的交聯(lián)劑通過(guò)打印臺(tái)下方的吸收性組織聚集。由于過(guò)度凝膠化和液滴擴(kuò)散,，這些基于液體的交聯(lián)技術(shù)具有較差的分辨率和層粘附性,。為了確保足夠的形狀保真度和層粘附性，需要更好的機(jī)制來(lái)控制交聯(lián)速率,。

△開(kāi)發(fā)新型的基于液滴的打印頭示意圖,。圖片來(lái)自Shutterstock

關(guān)于研究
在這項(xiàng)研究中，作者討論了一種用于離子交聯(lián)水凝膠生物墨水3D生物打印機(jī)的新發(fā)現(xiàn),。新技術(shù)在打印頭內(nèi)提供了霧狀交聯(lián)劑,。開(kāi)發(fā)一種消除打印頭內(nèi)過(guò)量霧氣的裝置，可最大限度地減少由于打印階段液體收集,，解決支架不穩(wěn)定性,。未來(lái)，打印頭可用于商業(yè)使用,，并提供共液滴附著力和良好的液滴凝膠作用,。

該團(tuán)隊(duì)研究了采用不同霧化輸送速率的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，以及溶脹和可打印性,。此外,，還研究了噴霧出口壓力、打印頭高度和打印頭通道直徑等,，對(duì)噴霧分布和打印頭內(nèi)凝膠化速率的影響,。還使用高速成像研究了液滴速度，和霧濃度對(duì)液滴撞擊表面動(dòng)力學(xué)的影響,。

研究人員開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的生物打印技術(shù),，可以在沉積到打印臺(tái)之前,，以受控形式交聯(lián)生物墨水液滴。使用與天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)非常相似的水凝膠生物墨水,，評(píng)估了基于霧的DBB系統(tǒng)的性能,。

△液滴凝膠化對(duì)形狀保真度和共液滴附著力的影響。圖片來(lái)自Bioprinting

實(shí)驗(yàn)觀察
在1250,、1000和1500 mL/min霧化入口流速下,，交聯(lián)的支架的膨脹率分別為1101%、1003% 和1100%,。第3天,，對(duì)照和濃度為3wt%、2wt%和1wt%,，平均存活率分別為99%,、98%和 97%。在第4天,，活力水平低于第3天,，并且1wt%的海藻酸鈉生物墨水具有最大的活力。

1000 mL/min最低流速的壓縮模量為17.80 kPa,，而1500 mL/min的最大流速為25.90 kPa,。同時(shí)，1250,、1750和1500毫升/分鐘的霧氣交聯(lián)支架的適印性值,，分別為0.83 ± 0.06、0.63 ± 0.34和0.34 ± 0.42,。當(dāng)使用40wt% CaCl 2霧溶液代替10 wt%霧溶液時(shí),，擴(kuò)散因子降低了12%。

證明可以通過(guò)改變霧供給速度來(lái)調(diào)節(jié)凝膠化速度
薄霧輸送率影響3D打印結(jié)構(gòu)的形狀保真度和機(jī)械質(zhì)量,。設(shè)計(jì)的打印頭生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)具有高細(xì)胞存活率和低細(xì)胞毒性,。基于液滴的生物打印,，可用于創(chuàng)建用于器官和組織再生的生物相容且復(fù)雜的支架,。

霧氣流量對(duì)3D打印結(jié)構(gòu)的機(jī)械特性和形狀保真度有影響
將生物墨水液滴暴露在打印頭內(nèi)，調(diào)節(jié)交聯(lián)劑霧流,，然后收集打印頭內(nèi)的霧,，以抑制交聯(lián)劑在打印階段的積累，從而控制凝膠化,，從而獲得良好的層粘附性和形狀保真度,。

打印的構(gòu)建體被證明表現(xiàn)出良好的細(xì)胞活力和低細(xì)胞毒性
此外，通過(guò)改變印刷參數(shù),，可以調(diào)整膠凝過(guò)程,，包括除霧壓力,、打印頭高度和打印頭通道直徑�,？梢酝ㄟ^(guò)改變液滴沖擊速度和霧濃度來(lái)調(diào)整液滴碰撞動(dòng)力學(xué),。

△示意圖：3D打印模型模擬了功能性肺，其氣道能夠?yàn)榧t細(xì)胞提供氧氣,。 圖片來(lái)自Jordan Miller Rice

實(shí)驗(yàn)結(jié)論
這項(xiàng)研究闡明了在打印過(guò)程中,，DBB系統(tǒng)使用基于霧的打印頭附件來(lái)交聯(lián)水凝膠液滴。使用與CaCl 霧交聯(lián)的海藻酸鈉打印支架,，在液滴和層之間具有良好的凝膠化和粘附性,。霧濃度依賴(lài)于打印參數(shù)，例如出口壓力和從打印臺(tái)到打印頭的高度,。

作者強(qiáng)調(diào),，這種方法可用于各種需要不同凝膠速度的打印材料或應(yīng)用。他們還提到這種3D打印結(jié)構(gòu)具有生物相容性,，這意味著該支架可用于打印器官和組織,。