2025年第3篇3D打印Nature！

2025年第3篇与3D打印技术相关的Nature正刊文章于9月3日发表。来 自 荷兰乌得勒支乌得勒支大学医学中心 的研究人员，发表了题为“Adaptive and context-aware volumetric printing” 的文章。

3D打印通常是一个线性过程，工作流程基本保持不变。用户决定打印的几何形状，但对于打印材料内部特征的分布情况并不能掌握。然而，对于组织生物和多组分材料的打印，产品的功能取决于最终打印结构中“元素”的相对位置。

根据可打印材料的空间、化学和物理特性，精确定制结构的能力将会给3D打印带来更广阔的应用空间。这些应用包括生成适应其细胞需求的高功能组织，以及具有复杂几何形状和机械功能的多材料打印件，从而可以生产用于软体机器人的机械关节。

体积打印技术利用光固化树脂，在2-4秒内即可打印出复杂的3D物体。此类技术可以在现有物体周围非侵入式地制造结构，甚至可以跨越厘米级的打印材料或之前打印过的部件。

本研究中使用的定制体积3D打印机

这项研究开发了一种名为“生成式、自适应、情境感知”3D 打印 (GRACE) 的工作流程，它使打印机能够“看到”可打印材料中的特征，并利用获取的视觉数据来设计打印对象。

研究人员打造了一台定制的体积3D打印机，并将其与光片成像技术相结合，能够在厘米级体积上映射荧光标记或遮光特征。然后，将映射数据解析到设计建模软件中，根据打印机成像的空间线索自动生成定制的几何图形。最终结果是几何图形可精确定制，可快速重新配置以实现精确对齐打印。原本需要数小时或数天才能完成的工作，现在只需数十秒即可完成。

研究人员将GRACE技术用于可封装颗粒和细胞的合成和生物材料，并生成包含细胞聚集体的复杂血管状结构。还使用多个数据流，基于尺寸和光谱发射进行特征识别，从而围绕荧光标记的细胞群生成特定的结构。

此外，GRACE技术能够自动将新元素对齐并打印到先前打印的部件上，从而生成复杂、多组分、富含细胞的组织。具体来说，研究人员在股骨（大腿骨）模型中打印了一个骨-软骨单元，从而形成了使用传统技术难以制造的分层几何结构。特征映射还能检测通常会阻碍光打印的遮光特征。因此，GRACE技术可以在不透明物体（例如聚合物支架）周围甚至内部打印复杂的几何形状。

在现有或之前生产的部件上打印

这项研究对3D打印有着根本性的意义。这意味着打印结构现在可以适应样品，而不是反过来。它有望应用于微流体和生物结构的制造，研究人员现在可以控制哪些细胞被灌注以及如何灌注，并以高度定制的方式管理每个细胞或颗粒周围环境的特性，从而生产下一代工程化生物材料。

体积打印技术尚处于起步阶段，打印精度和分辨率方面存在局限性。这限制了 GRACE技术目前的操作规模，大多数特征映射是在类器官尺度（几十微米到几毫米）上进行的，打印分辨率约为100-200微米。

基于生物墨水中细胞的存在形成血管网络

除了用于体积打印的光诱导交联外，该团队还将探索其他形式的情境感知打印诱导反应，例如生物活性分子的光接枝或光介导的打印材料机械性能的局部控制。

英国诺丁汉大学教授Alvaro Mata表示，“这项研究展示了一种预先开发的工作流程的潜力，它集成了成像和自适应建模，可用于体积3D打印。我相信这项研究将通过解决体积3D打印的关键局限性并扩展其功能，为该领域做出重大贡献。鉴于该研究能够适应多种打印模式，并且该工作流程可应用于不同领域，因此具有广泛的应用前景。”

注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

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