/01/生物3D打印是什么？

從科學(xué)定義來(lái)看，生物3D打印是「以生物相容性材料為載體，將活細(xì)胞、生長(zhǎng)因子等生物活性物質(zhì)，通過(guò)逐層精準(zhǔn)沉積的方式，構(gòu)建具有仿生結(jié)構(gòu)和生理功能的人體組織/器官模型的技術(shù)」。簡(jiǎn)單說(shuō)，它不是打印「死的零件」，而是制造「能用的活組織」，其核心離不開(kāi)兩樣?xùn)|西——生物墨水、生物3D打印技術(shù)。

/02/生物墨水=干細(xì)胞+活性因子+生物支架

◆干細(xì)胞：這可不是普通細(xì)胞，而是具備“變身能力”的“萬(wàn)能細(xì)胞”。比如間充質(zhì)干細(xì)胞，在特定條件下能分化成骨細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞，就像一棵樹(shù)苗能長(zhǎng)成不同的果樹(shù)。這也是生物墨水能造活組織的關(guān)鍵：打印軟骨時(shí)，就誘導(dǎo)干細(xì)胞變軟骨細(xì)胞；修復(fù)骨頭時(shí)，就引導(dǎo)它變骨細(xì)胞，精準(zhǔn)匹配人體需求。而且現(xiàn)在還能從患者自身抽取干細(xì)胞，進(jìn)一步減少排異風(fēng)險(xiǎn)。

◆活性因子：這包括各類(lèi)生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子等。它們被預(yù)先負(fù)載在生物支架中，在打印后持續(xù)、可控地釋放，精準(zhǔn)地“命令”干細(xì)胞何時(shí)分裂、往哪里遷移、變成什么細(xì)胞。沒(méi)有它，打印出的結(jié)構(gòu)可能只是一團(tuán)無(wú)法成熟、無(wú)法形成功能的細(xì)胞集合。

◆生物支架：多由水凝膠（如明膠、海藻酸鈉）等生物相容性材料構(gòu)成，不僅為細(xì)胞提供臨時(shí)的物理支撐，其微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分還會(huì)主動(dòng)引導(dǎo)細(xì)胞的行為、定向分化和連接。

/03/四大生物3D打印技術(shù)

有了先進(jìn)的“生物墨水”，如何精準(zhǔn)打印成器官則依賴(lài)于另一層面的技術(shù)。目前，生物打印領(lǐng)域主要有四大技術(shù)路線(xiàn)：

◆擠出式生物打�。�這是目前最常用、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，通過(guò)氣壓或機(jī)械活塞/螺桿，將粘稠的生物墨水從微噴嘴中連續(xù)擠壓出來(lái)，像擠牙膏一樣，按照預(yù)設(shè)路徑層層堆積，形成三維結(jié)構(gòu)。

◆光固化生物打印：使用裝有光敏生物墨料的液槽，當(dāng)特定波長(zhǎng)（通常是藍(lán)光或紫外線(xiàn)）的光線(xiàn)按照截面形狀投射到液面時(shí)，被照射區(qū)域的墨水會(huì)瞬間發(fā)生交聯(lián)固化。平臺(tái)提升，下一層繼續(xù)固化，如此循環(huán)直至成型。

◆噴墨式生物打�。�像辦公室噴墨打印機(jī)，通過(guò)熱氣泡或壓電效應(yīng)產(chǎn)生瞬時(shí)壓力，將生物墨水以微滴的形式從噴嘴噴射到打印平臺(tái)。

◆激光輔助生物打�。�系統(tǒng)包含一個(gè)“供體層”，通常是一層透明玻璃，上面覆蓋著吸收激光的金屬薄膜和金箔，薄膜上方是待打印的生物墨水薄膜。當(dāng)脈沖激光聚焦在金屬薄膜上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微氣泡，將上方的生物墨水推射出去，像“空投”一樣精準(zhǔn)地沉積在接收基板上。

技術(shù)路徑對(duì)比：沒(méi)有最優(yōu)，只有最適配

未來(lái)的趨勢(shì)并非是某一種技術(shù)的獨(dú)大，而是“多技術(shù)融合”與“按需選用”。例如，用光固化技術(shù)打印精細(xì)的血管網(wǎng)絡(luò)，再用擠出式技術(shù)填充周?chē)�的�?shí)質(zhì)細(xì)胞。

未來(lái)的手術(shù)室旁，或許將標(biāo)配這樣的場(chǎng)景：醫(yī)生根據(jù)患者的實(shí)時(shí)影像數(shù)據(jù)，調(diào)用兼具強(qiáng)度與活性的復(fù)合墨水，通過(guò)多技術(shù)協(xié)同的打印機(jī)，在數(shù)小時(shí)內(nèi)“定制”出能被身體無(wú)縫接納的器官。