墨爾本大學動態(tài)界面（DIP）3D成型技術(shù)為體積生物打印帶來新進展

南極熊導讀：在生物醫(yī)學工程領(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,，墨爾本大學的研究團隊推出了一種創(chuàng)新動態(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“動態(tài)界面打印”（傳送門）

動態(tài)界面3D打印技術(shù)的優(yōu)點        

DIP解決了傳統(tǒng)生物打印的多項局限,。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)雜光學設(shè)備的系統(tǒng)，實現(xiàn)高分辨率且不受材料限制的打印,。集成聲學調(diào)制技術(shù)優(yōu)化預(yù)聚物流動,，創(chuàng)造穩(wěn)定環(huán)境，無需額外支撐,。這種系統(tǒng)設(shè)置簡單且運行快速,，適合多種應(yīng)用，包括原型設(shè)計和復(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能保持細胞活力在93%左右，尤其適合組織工程和再生醫(yī)學中的細胞載體打印,。

△動態(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,，提高打印質(zhì)量并優(yōu)化界面材料分布,。這種技術(shù)在使用載細胞水凝膠和生物復(fù)合材料時尤為重要，能夠確保材料濃度均勻,，減輕沉淀問題,，從而維護結(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間,，降低了對細胞健康的潛在損害,。凸面切片技術(shù)使得DIP能夠動態(tài)適應(yīng)不同材料和結(jié)構(gòu)，同時消除對支撐結(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)學應(yīng)用,。

△最近的一項實驗產(chǎn)生了一種復(fù)雜的腎臟狀水凝膠結(jié)構(gòu)，載有人類胚胎腎細胞

在實際應(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,、細胞相容的材料，確保細胞活力并降低細胞毒性,，為生成功能性組織模型提供了重要支持,。隨著技術(shù)進步，這種有望在幾分鐘內(nèi)制造出獨特的定制組織模型,，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,，流體動力學的進展有望實現(xiàn)材料的連續(xù)補充,，從而延長打印高度。