提到3D打?。?D-Printing）,，大家肯定不會陌生，這是近年來非?；馃岬闹圃旆椒?。

“從無到有”，3D打印在各領(lǐng)域大放異彩

3D打印是一種“從無到有”的制造方法,，依賴電腦構(gòu)建的3D模型即可打印出理想中的產(chǎn)品形狀,。這諸多的優(yōu)點讓3D打印在各個領(lǐng)域都得到了快速的應(yīng)用，大到火箭和汽車的零部件,、房屋,，小到模型玩具。

全球首輛3D打印超級跑車（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

而在醫(yī)療領(lǐng)域,，3D打印也有著廣泛的應(yīng)用,。比如，教學(xué)使用的人體器官模型,，幫助學(xué)生直觀地進行學(xué)習(xí),；還有手術(shù)前施術(shù)區(qū)域的3D打印模型，能夠幫助醫(yī)生提前了解手術(shù)區(qū)域的細節(jié),，提高手術(shù)的成功率,。

此外，3D打印在制備人體組織的替代物，即組織工程支架方面,，也具有非常好的前景,。每個人都是獨一無二的個體，3D打印恰好能滿足現(xiàn)在精準醫(yī)療的需求,，打印個性化的替代物,，從而加速組織器官的修復(fù)。

但是,，這些打印的支架都是“死”的,，所以科學(xué)家在思考如何直接打印“活”的組織和器官，并為此提出了新的概念“生物打?。˙ioprinting）”,。

如何打印“活”組織？

這可是一個不小的難題,。

傳統(tǒng)的3D打印雖然也能夠制備結(jié)構(gòu)可控的組織工程支架,，但是體外培養(yǎng)條件下，細胞并不是那么“吃苦耐勞的工人”,，細胞如同我們個體一樣,，在外界條件很好的情況下，并不會愿意朝最艱難的地方走去,，即細胞難以長入支架內(nèi)部,。

另一方面，在打印后的支架表面種植細胞難以保證細胞在支架上分布均勻,。生物打印技術(shù)就是應(yīng)用了3D打印的原理,，將組織工程的三要素（生物材料，種子細胞和生長因子）在空間上進行有序的排列,，從而打印出3D“活”組織,。

生物墨水是生物打印的原材料，它包含了組織工程的三要素并均勻混合形成了粘性水溶液,。

材料決定產(chǎn)品制備方式和性能 

生物打印的組織或器官就如同一座高樓大廈,，生物材料就是其中的一磚一瓦，種子細胞就是大廈內(nèi)的工作人員,，生長因子則可以看成外界給與細胞的工作指令,，從而調(diào)控細胞的行為。

所以,，生物墨水是生物打印的核心技術(shù)之一,，直接決定了這座“大廈”能不能成功搭建，“工作人員”能不能好好工作,，以及與外界能不能進行信息交流,。

生物墨水，生物打印的“關(guān)鍵”

為了滿足活體組織或器官的構(gòu)建,，生物墨水必須具備可打印性,、易成型性、生物相容性和生物功能化這幾個特性,。

• 可打印性：生物墨水能夠連續(xù)擠出或噴出直至完整的3D支架打印完成,。

• 易成型性：要求生物墨水能夠快速交聯(lián)成型，從而維持支架長期的穩(wěn)定性,。

• 生物相容性和生物功能化：保證打印后的支架能夠維持搭載的細胞或生長因子的活性,，以及后續(xù)體外培養(yǎng)成特定組織的能力。

生物材料是構(gòu)建生物墨水的基礎(chǔ),，直接影響生物墨水的各種性能,。目前最為常用的生物材料有海藻酸鹽（ALG）、甲基丙烯酸化明膠（GelMA）等,。但這材料都存在一定的局限性,。

海藻酸鹽/聚賴氨酸生物墨水打印示意圖

近期，中科院深圳先進院等設(shè)計了一種新型的生物墨水,，可以在常態(tài)環(huán)境下構(gòu)建大尺寸自支撐的功能化3D支架,。

該團隊首次提出海藻酸鹽/聚賴氨酸基新型聚電解質(zhì)生物墨水，富含氨基的聚賴氨酸與海藻酸鹽上的羧基具有電荷作用,，可以在常態(tài)下實現(xiàn)大尺寸自支撐結(jié)構(gòu)支架的打印,。

3D打印大尺寸骨模型

3D打印組織工程支架

為了維持支架的長期穩(wěn)定性，他們進一步對支架氨基和羧基進行反應(yīng),，實現(xiàn)支架的降解速率可控,，同時還實現(xiàn)了支架表面電荷的可調(diào)控性。而基于可調(diào)控的支架表面電荷,，這些支架不僅促進了細胞的黏附,，還能夠?qū)崿F(xiàn)多種活性因子的吸附和緩釋，體外細胞實驗證實了負載的細胞外基質(zhì)或生長,。

這種新型的生物墨水,，在打印大尺寸3D支架和功能化支架方面具有特別的優(yōu)勢，而且墨水穩(wěn)定性很高,，能夠大批量生產(chǎn)各種功能化組織工程支架,。

目前，該團隊已經(jīng)利用該生物墨水打印出了一些骨-軟骨一體化修復(fù)支架和血管支架,，準備開展試驗,，希望最終實現(xiàn)缺損組織完美修復(fù)。未來,，這種生物墨水將會在構(gòu)建多細胞和梯度功能組織工程支架方面有更廣泛的應(yīng)用,。

上述相關(guān)研究發(fā)表在國際期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）,，文章第一作者為林子鋒研究助理，通訊作者為阮長順副研究員,、潘浩波研究員和陳大福教授,。該生物墨水也已申請專利保護。

阮長順課題組長期開展3D生物打印與生物醫(yī)用材料相關(guān)研究,，近年來在3D生物打印領(lǐng)域發(fā)表一系列文章,，包括實現(xiàn)骨誘導(dǎo)型功能生物墨水（Advanced Science，2018）,、高強度水凝膠墨水構(gòu)建骨/軟骨一體化修復(fù)支架（Advanced Functional Materials,，2018； ACS Biomaterials Science & Engineering,，2017）等,。