荷兰研究人员提出了一种旋转快速生物3D打印方法

供稿人:顾恒、连芩
供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室　

通常，生物3D打印将“点”（喷墨打印）、“线”（挤出打印）、“面”（面曝光打印）作为基本打印单元，这种按照图层方式构建三维对象的方法不仅限制了打印结构类型（如复杂的空心结构和悬垂结构），还限制了打印速度，而较长的打印过程大大提高了打印材料中细胞损害的风险。

为了解决上述问题，在计算机断层扫描（CT）的启发下，荷兰的研究人员提出了一种旋转打印的方法。如图1（A）、（B）所示，该方法利用投影仪依次投射从不同角度观察物体的图像，在多重曝光作用下，通过旋转含有光固化凝胶的料筒动态制造复杂的物体。

利用“轴向旋转法”制造的模型的一个显著优势是速度快，其制造时间受模型尺寸的影响较小。如图1所示，打印一个4.14cm3的人耳廓模型仅耗时22.7s。与挤出打印相比，打印速度提高了250倍，与面曝光打印相比，速度提高了75倍。同时，利用“轴向旋转法”制造的模型，其表面更加光滑柔顺。

图1 （A）打印旋转平台（B）断层投影原理图（C）人耳廓水凝胶模型

这项技术另一个优势是在不使用牺牲材料的情况下，可以制造自由浮动的结构。如图2所示，研究人员打印了一个功能性的球笼心脏瓣膜模型，具有单向流动的功能。这种阀门结构无法利用挤出打印和面曝光打印技术直接制造。此外，研究人员还能够利用相关细胞（如骨髓间充质干细胞和关节软骨祖细胞）对几种复杂结构（如半月板）进行生物打印，结果显示可以保持高的细胞活力（>85%）。

图 2 内部可自由浮动的心脏瓣膜模型

利用“轴向旋转法”能够以前所未有的速度制造结构复杂的大尺寸模型（直接打印内部具有血管网的组织模型），这将有利于扩大光固化水凝胶在组织工程和软体机器人等领域的应用范围；其超快的打印速度也有利于降低打印过长对细胞的损害。然而，这种方法仍有一定局限性，研究人员还在继续探究利用该技术实现多细胞多材料打印。

参考文献：
Paulina Nuñez Bernal, Delrot P , Loterie D , et al. Volumetric Bioprinting of Complex Living-tissue Constructs within Seconds[J]. Advanced Materials, 2019.