智车科技
1周前
美国弗吉尼亚大学研究团队首创了一种能与人体免疫系统兼容的新型3D打印材料。这项发表于最新一期《先进材料》的成果，意味着我们不仅要能“打印”出器官的形状，更要让这个器官被身体当作“自己人”来接纳。
今天，我们将借这一热点突破，深入剖析生物3D打印技术的具体路径。
/01/生物3D打印是什么？
从科学定义来看，生物3D打印是「以生物相容性材料为载体，将活细胞、生长因子等生物活性物质，通过逐层精准沉积的方式，构建具有仿生结构和生理功能的人体组织/器官模型的技术」。简单说，它不是打印「死的零件」，而是制造「能用的活组织」，其核心离不开两样东西——生物墨水、生物3D打印技术。
/02/生物墨水=干细胞+活性因子+生物支架
◆干细胞：这可不是普通细胞，而是具备“变身能力”的“万能细胞”。比如间充质干细胞，在特定条件下能分化成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞，就像一棵树苗能长成不同的果树。这也是生物墨水能造活组织的关键：打印软骨时，就诱导干细胞变软骨细胞；修复骨头时，就引导它变骨细胞，精准匹配人体需求。而且现在还能从患者自身抽取干细胞，进一步减少排异风险。
◆活性因子：这包括各类生长因子、细胞因子等。它们被预先负载在生物支架中，在打印后持续、可控地释放，精准地“命令”干细胞何时分裂、往哪里迁移、变成什么细胞。没有它，打印出的结构可能只是一团无法成熟、无法形成功能的细胞集合。
◆生物支架：多由水凝胶（如明胶、海藻酸钠）等生物相容性材料构成，不仅为细胞提供临时的物理支撑，其微观结构和化学成分还会主动引导细胞的行为、定向分化和连接。
/03/四大生物3D打印技术
有了先进的“生物墨水”，如何精准打印成器官则依赖于另一层面的技术。目前，生物打印领域主要有四大技术路线：
◆挤出式生物打印：这是目前最常用、应用最广泛的技术，通过气压或机械活塞/螺杆，将粘稠的生物墨水从微喷嘴中连续挤压出来，像挤牙膏一样，按照预设路径层层堆积，形成三维结构。
◆光固化生物打印：使用装有光敏生物墨料的液槽，当特定波长（通常是蓝光或紫外线）的光线按照截面形状投射到液面时，被照射区域的墨水会瞬间发生交联固化。平台提升，下一层继续固化，如此循环直至成型。
◆喷墨式生物打印：像办公室喷墨打印机，通过热气泡或压电效应产生瞬时压力，将生物墨水以微滴的形式从喷嘴喷射到打印平台。
◆激光辅助生物打印：系统包含一个“供体层”，通常是一层透明玻璃，上面覆盖着吸收激光的金属薄膜和金箔，薄膜上方是待打印的生物墨水薄膜。当脉冲激光聚焦在金属薄膜上时，会产生一个微气泡，将上方的生物墨水推射出去，像“空投”一样精准地沉积在接收基板上。
技术路径对比：没有最优，只有最适配
未来的趋势并非是某一种技术的独大，而是“多技术融合”与“按需选用”。例如，用光固化技术打印精细的血管网络，再用挤出式技术填充周围的实质细胞。
未来的手术室旁，或许将标配这样的场景：医生根据患者的实时影像数据，调用兼具强度与活性的复合墨水，通过多技术协同的打印机，在数小时内“定制”出能被身体无缝接纳的器官。
美国弗吉尼亚大学研究团队首创了一种能与人体免疫系统兼容的新型3D打印材料。这项发表于最新一期《先进材料》的成果，意味着我们不仅要能“打印”出器官的形状，更要让这个器官被身体当作“自己人”来接纳。
今天，我们将借这一热点突破，深入剖析生物3D打印技术的具体路径。
/01/生物3D打印是什么？
从科学定义来看，生物3D打印是「以生物相容性材料为载体，将活细胞、生长因子等生物活性物质，通过逐层精准沉积的方式，构建具有仿生结构和生理功能的人体组织/器官模型的技术」。简单说，它不是打印「死的零件」，而是制造「能用的活组织」，其核心离不开两样东西——生物墨水、生物3D打印技术。
/02/生物墨水=干细胞+活性因子+生物支架
◆干细胞：这可不是普通细胞，而是具备“变身能力”的“万能细胞”。比如间充质干细胞，在特定条件下能分化成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞，就像一棵树苗能长成不同的果树。这也是生物墨水能造活组织的关键：打印软骨时，就诱导干细胞变软骨细胞；修复骨头时，就引导它变骨细胞，精准匹配人体需求。而且现在还能从患者自身抽取干细胞，进一步减少排异风险。
◆活性因子：这包括各类生长因子、细胞因子等。它们被预先负载在生物支架中，在打印后持续、可控地释放，精准地“命令”干细胞何时分裂、往哪里迁移、变成什么细胞。没有它，打印出的结构可能只是一团无法成熟、无法形成功能的细胞集合。
◆生物支架：多由水凝胶（如明胶、海藻酸钠）等生物相容性材料构成，不仅为细胞提供临时的物理支撑，其微观结构和化学成分还会主动引导细胞的行为、定向分化和连接。
/03/四大生物3D打印技术
有了先进的“生物墨水”，如何精准打印成器官则依赖于另一层面的技术。目前，生物打印领域主要有四大技术路线：
◆挤出式生物打印：这是目前最常用、应用最广泛的技术，通过气压或机械活塞/螺杆，将粘稠的生物墨水从微喷嘴中连续挤压出来，像挤牙膏一样，按照预设路径层层堆积，形成三维结构。
◆光固化生物打印：使用装有光敏生物墨料的液槽，当特定波长（通常是蓝光或紫外线）的光线按照截面形状投射到液面时，被照射区域的墨水会瞬间发生交联固化。平台提升，下一层继续固化，如此循环直至成型。
◆喷墨式生物打印：像办公室喷墨打印机，通过热气泡或压电效应产生瞬时压力，将生物墨水以微滴的形式从喷嘴喷射到打印平台。
◆激光辅助生物打印：系统包含一个“供体层”，通常是一层透明玻璃，上面覆盖着吸收激光的金属薄膜和金箔，薄膜上方是待打印的生物墨水薄膜。当脉冲激光聚焦在金属薄膜上时，会产生一个微气泡，将上方的生物墨水推射出去，像“空投”一样精准地沉积在接收基板上。
技术路径对比：没有最优，只有最适配
未来的趋势并非是某一种技术的独大，而是“多技术融合”与“按需选用”。例如，用光固化技术打印精细的血管网络，再用挤出式技术填充周围的实质细胞。
未来的手术室旁，或许将标配这样的场景：医生根据患者的实时影像数据，调用兼具强度与活性的复合墨水，通过多技术协同的打印机，在数小时内“定制”出能被身体无缝接纳的器官。
