墨爾本大學(xué)動(dòng)態(tài)界面（DIP）3D成型技術(shù)為體積生物打印帶來新進(jìn)展

南極熊導(dǎo)讀：在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域,，體積生物打印技術(shù)正在快速發(fā)展，特別是在再生醫(yī)學(xué)和組織工程方面,。雖然傳統(tǒng)的3D生物打印技術(shù)有效,，但在分辨率、速度和材料兼容性上存在限制,，且通常需要復(fù)雜的支撐結(jié)構(gòu)和特定的化學(xué)環(huán)境,。

△DIP創(chuàng)新方法利用空心打印頭和氣液彎月面，通過調(diào)節(jié)氣壓和聲波實(shí)現(xiàn)高速,、無層的3D打印

2024年11月2日,，南極熊獲悉，墨爾本大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)推出了一種創(chuàng)新動(dòng)態(tài)界面3D打印技術(shù)（DIP）,。該技術(shù)利用受限的氣液界面和調(diào)制光,，實(shí)現(xiàn)了快速、無支撐和高分辨率的生物打印,，為生產(chǎn)復(fù)雜的細(xì)胞載體3D結(jié)構(gòu)開辟了新途徑,。

△該研究已發(fā)表在《自然》雜志上，題目為“動(dòng)態(tài)界面打印”（傳送門）

動(dòng)態(tài)界面3D打印技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)        

DIP解決了傳統(tǒng)生物打印的多項(xiàng)局限,。立體光刻雖然分辨率高,，但逐層構(gòu)建速度慢且需頻繁調(diào)整位置。計(jì)算軸向光刻（CAL）提供更快的體積打印,，但對聚合物類型和固化劑量敏感,。其它光基打印方法（如xolography）依賴復(fù)雜光學(xué)設(shè)置，限制材料兼容性,。

克服了這些障礙,，通過無需復(fù)雜光學(xué)設(shè)備的系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)高分辨率且不受材料限制的打印。集成聲學(xué)調(diào)制技術(shù)優(yōu)化預(yù)聚物流動(dòng),，創(chuàng)造穩(wěn)定環(huán)境,，無需額外支撐。這種系統(tǒng)設(shè)置簡單且運(yùn)行快速,，適合多種應(yīng)用,，包括原型設(shè)計(jì)和復(fù)雜生物打印。

兼容多種材料,，如柔軟的水凝膠,、合成聚合物及載細(xì)胞預(yù)聚物。常用生物打印材料,，如聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和明膠甲基丙烯酰（GelMA）,，可無縫應(yīng)用于DIP。由于快速打印和低剪切力,，DIP能保持細(xì)胞活力在93%左右,，尤其適合組織工程和再生醫(yī)學(xué)中的細(xì)胞載體打印。

△動(dòng)態(tài)界面3D打印技術(shù)原理示意

技術(shù)原理與效率

DIP的核心優(yōu)勢在于聲學(xué)調(diào)制系統(tǒng),，通過聲波控制彎月面位置，精確調(diào)整材料流動(dòng),，提高打印質(zhì)量并優(yōu)化界面材料分布,。這種技術(shù)在使用載細(xì)胞水凝膠和生物復(fù)合材料時(shí)尤為重要，能夠確保材料濃度均勻,，減輕沉淀問題,，從而維護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性。

與傳統(tǒng)立體光刻技術(shù)相比,，無層打印方法顯著提升了打印速度,，能夠在幾秒至幾分鐘內(nèi)完成整個(gè)3D結(jié)構(gòu)的打印。這不僅提高了產(chǎn)量,，還減少了生物材料暴露于光線下的時(shí)間,，降低了對細(xì)胞健康的潛在損害。凸面切片技術(shù)使得DIP能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)不同材料和結(jié)構(gòu),，同時(shí)消除對支撐結(jié)構(gòu)的需求,，確保高保真度。

△分析不同材料在打印過程中的表現(xiàn)

應(yīng)用與案例

在組織工程和生物制造方面展現(xiàn)出靈活性與高效性,，能夠快速生產(chǎn)復(fù)雜的生物打印結(jié)構(gòu),，如人造器官和血管網(wǎng)絡(luò)。支持高通量制造,，使得并行打印多種結(jié)構(gòu)成為可能,，適用于多種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用,。

△最近的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了一種復(fù)雜的腎臟狀水凝膠結(jié)構(gòu)，載有人類胚胎腎細(xì)胞

在實(shí)際應(yīng)用中,，研究人員成功生成了一種復(fù)雜的腎臟狀水凝膠結(jié)構(gòu),，載有人類胚胎腎細(xì)胞，顯示出DIP作為快速生物制造工具的潛力,。該技術(shù)利用生物安全,、細(xì)胞相容的材料，確保細(xì)胞活力并降低細(xì)胞毒性,，為生成功能性組織模型提供了重要支持,。隨著技術(shù)進(jìn)步，這種有望在幾分鐘內(nèi)制造出獨(dú)特的定制組織模型,，提高生物工程中的生產(chǎn)效率,。

研究人員表示，盡管這種技術(shù)具有巨大潛力,，但也面臨一些挑戰(zhàn),。打印結(jié)構(gòu)高度受限于打印頭尺寸和預(yù)聚物容器體積。然而,，流體動(dòng)力學(xué)的進(jìn)展有望實(shí)現(xiàn)材料的連續(xù)補(bǔ)充,，從而延長打印高度。