3D生物打印是一项新兴技术,主要用于制造功能性组织结构以替代损伤或病变的组织。该技术以自动化的方式实现了组织结构的再生以及精确控制。主要3D生物打印方式有:激光辅助生物打印(LaBP)、喷墨/液滴生物打印和基于挤压的生物打印等。
实现生物打印通常需要使用生物墨水(一种或几种生物材质的水凝胶形式,常常封入目标细胞)。生物打印期间或之后,生物墨水立即交联或稳定,以实现组织结构的构建。理想的生物墨水应该具有目标组织的机械、流变和生物学特性,需满足如下要求,以确保生物打印组织和器官的正确功能:
1)能够生成具有足够机械强度和坚固性的组织结构,同时以可调的方式保留组织匹配力; 2)凝胶程度和稳定性可调,有助于生物打印具有高保真度的形状结构; 3)具有生物相容性,如有必要,需模拟目标组织自然微环境下的生物降解性能; 4)具有化学修饰的适用性,以满足目标组织的特定需求; 5)批次间差异进行大规模生产潜力
主要生物墨水材质的优劣势及应用
常用生物墨水
名称 甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA) 甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA) 甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA) 甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA) 甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA) 甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA) 甲基丙烯酸酯化明胶(GelMA) 规格 MA化程度17% MA化程度30% MA化程度48% MA化程度60% MA化程度65% MA化程度90% MA化程度97%
甲基丙烯酰化透明质酸(HAMA) 甲基丙烯酰化硫酸软骨素(CSMA) 甲基丙烯酰化海藻酸钠(ALMA) 壳聚糖-甲基丙烯酸-乳酸 (Chi-MA-LA) 甲基丙烯酰化丝素蛋白(FibMA) 甲基丙烯酰化I型胶原(Col1MA) 甲基丙烯酰化弹性蛋白(ElaMA) 甲基丙烯酰化肝素(HepMA) 猪源I型胶原(ColI) 猪源弹性蛋白 关节软骨生物墨水 纤维软骨生物墨水 弹力软骨生物墨水
MA化程度20%-30% MA化程度40%-50% MA化程度20%-30% MA化程度20%-30%
3D打印生物墨水
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