北京
南极熊导读：在生物医学工程领域，体积生物打印技术正在快速发展，特别是在再生医学和组织工程方面。虽然传统的3D生物打印技术有效，但在分辨率、速度和材料兼容性上存在限制，且通常需要复杂的支撑结构和特定的化学环境。
△DIP创新方法利用空心打印头和气液弯月面，通过调节气压和声波实现高速、无层的3D打印
2024年11月2日，南极熊获悉，墨尔本大学的研究团队推出了一种创新动态界面3D打印技术（DIP）。该技术利用受限的气液界面和调制光，实现了快速、无支撑和高分辨率的生物打印，为生产复杂的细胞载体3D结构开辟了新途径。
△该研究已发表在《自然》杂志上，题目为“动态界面打印”（传送门）
动态界面3D打印技术的优点
DIP解决了传统生物打印的多项局限。立体光刻虽然分辨率高，但逐层构建速度慢且需频繁调整位置。计算轴向光刻（CAL）提供更快的体积打印，但对聚合物类型和固化剂量敏感。其它光基打印方法（如xolography）依赖复杂光学设置，限制材料兼容性。
克服了这些障碍，通过无需复杂光学设备的系统，实现高分辨率且不受材料限制的打印。集成声学调制技术优化预聚物流动，创造稳定环境，无需额外支撑。这种系统设置简单且运行快速，适合多种应用，包括原型设计和复杂生物打印。
兼容多种材料，如柔软的水凝胶、合成聚合物及载细胞预聚物。常用生物打印材料，如聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）和明胶甲基丙烯酰（GelMA），可无缝应用于DIP。由于快速打印和低剪切力，DIP能保持细胞活力在93%左右，尤其适合组织工程和再生医学中的细胞载体打印。
△动态界面3D打印技术原理示意
技术原理与效率
DIP的核心优势在于声学调制系统，通过声波控制弯月面位置，精确调整材料流动，提高打印质量并优化界面材料分布。这种技术在使用载细胞水凝胶和生物复合材料时尤为重要，能够确保材料浓度均匀，减轻沉淀问题，从而维护结构的完整性。
与传统立体光刻技术相比，无层打印方法显著提升了打印速度，能够在几秒至几分钟内完成整个3D结构的打印。这不仅提高了产量，还减少了生物材料暴露于光线下的时间，降低了对细胞健康的潜在损害。凸面切片技术使得DIP能够动态适应不同材料和结构，同时消除对支撑结构的需求，确保高保真度。
△分析不同材料在打印过程中的表现
应用与案例
在组织工程和生物制造方面展现出灵活性与高效性，能够快速生产复杂的生物打印结构，如人造器官和血管网络。支持高通量制造，使得并行打印多种结构成为可能，适用于多种生物医学应用。
△最近的一项实验产生了一种复杂的肾脏状水凝胶结构，载有人类胚胎肾细胞
在实际应用中，研究人员成功生成了一种复杂的肾脏状水凝胶结构，载有人类胚胎肾细胞，显示出DIP作为快速生物制造工具的潜力。该技术利用生物安全、细胞相容的材料，确保细胞活力并降低细胞毒性，为生成功能性组织模型提供了重要支持。随着技术进步，这种有望在几分钟内制造出独特的定制组织模型，提高生物工程中的生产效率。
研究人员表示，尽管这种技术具有巨大潜力，但也面临一些挑战。打印结构高度受限于打印头尺寸和预聚物容器体积。然而，流体动力学的进展有望实现材料的连续补充，从而延长打印高度。
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