不会细胞沉降的生物3D打印平台，磁驱动墨水原位混合

2026年2月，南极熊获悉，来自麻省理工学院 (MIT)的研究人员开发了一种名为 MagMix 的磁驱动混合平台，可直接集成到标准挤出式 3D 生物打印机中。该方案解决了长时间打印作业中因重力作用导致细胞沉降这一长期存在的难题。

相关研究以题为“Advancing bioink homogeneity inextrusion 3D bioprinting with active in situ magnetic mixing”的论文发表在《Device》期刊上

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.device.2025.101044

这项研究表明，紧凑的模块化系统在 45 分钟的打印过程中，能够保持 12 个连续打印的组织结构中细胞分布均匀，而无需改变生物墨水配方或对现有设备进行永久性硬件修改。

基于挤出的3D生物打印技术是组织工程中广泛应用的一种技术，它通过喷嘴逐层沉积载有细胞的水凝胶生物墨水。细胞在重力作用下于挤出注射器内沉降的趋势一直以来都是一个问题，并已引发诸多问题：细胞沉降会降低细胞分布的均匀性，增加喷嘴堵塞的风险，并导致最终组织构建体出现批次间差异。这限制了在临床和转化应用中的可重复性。

MagMix采用内置螺旋桨，位于挤出注射器内部，由连接到伺服电机的外部磁铁驱动，伺服电机则由Arduino Nano微控制器控制。螺旋装置通过垂直往复运动，在打印过程中保持生物墨水的持续搅拌。

图片来源：麻省理工学院

麻省理工学院的研究团队迭代了三种螺旋桨几何形状，并利用COMSOLMultiphysics软件进行计算流体动力学模拟，以建立颗粒分布模型，之后再进行实验验证。第三种螺旋桨设计方案包含一个螺旋状延伸部分，可延伸至注射器的锥形尖端，这套方案在注射器横截面上实现了最均匀的颗粒分布。

使用 MagMix 打印的结构在所有12 次连续打印中均保持了一致的细胞活力和密度，而未混合的对照组则表现出逐渐的细胞损失和反复的喷嘴堵塞事件，需要人工干预。

研究团队还评估了三种搅拌速度对细胞健康的影响。低速搅拌时细胞存活率为90.1%，中速搅拌时为82.1%，高速搅拌时为65.5%，因此研究人员选择较低的两种搅拌速度进行后续实验。

MagMix平台采用低成本3D打印组件制造，其中生物墨水接触螺旋桨采用生物相容性Vero ContactClear树脂打印而成。系统设计兼容多种尺寸的注射器以及商用或定制的挤出式生物打印机。

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