新型生物3D打印技术NEST3D！间接打印技术用于制备骨组织再生的复杂生物支架

生物支架的3D打印技术带来了无限的应用潜力，越来越多地组织工程和生物医学设备开发等领域的研究人员也正在不断拓展这种技术新的可能性。然而，大多数常见的3D打印技术使用高度特定的材料，需要仔细的化学调整才能使其具有实际用途。例如，基于光的技术，如立体光刻或数字处理，可以创建奇妙的结构，但需要专门的光激活材料来操作。挤压式打印在它能处理的材料类别方面要通用得多。然而，可实现的结构复杂性可能受到该技术基于喷嘴的逐层沉积过程的限制。

△皇家墨尔本理工大学研究员Stephanie Doyle拿着用NEST3D打印技术制作的生物医学结构。(Courtesy: CathalO'Connell)

为了克服这些限制，澳大利亚的一组工程师和生物医学科学家开发了一种新的技术，被称为负呈现的牺牲性模板3D技术，或NEST3D打印。研究人员在《Advanced Materials Technologies》中描述了他们的方法。

△研究人员（从左至右）：Carmine Onofrillo, StephanieDoyle, Cathal O'Connell 和 Serena Duchi。(Courtesy: Cathal O'Connell)

相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100189

一种特点突出的新型打印技术

这种新的3D打印技术的独特之处在于，研究人员不是直接制作生物支架，而是用预先定义的、高度精确和复杂的几何形状3D打印模具，然后用生物相容性材料填充空腔。然后模具就被溶解掉了。这种间接打印方法适用于许多类型的材料，从可生物降解的热塑性塑料（如聚己内酯），到树脂、硅酮、陶瓷、水凝胶等等。

挤压打印限制了3D打印结构的几何复杂性，因为打印喷嘴的直径限制了最小特征尺寸。相比之下，NEST 3D打印实现的特征仅为140微米，不到喷嘴直径的一半。

来自RMIT大学，主导这项技术的开发的CathalO'Connell说："通过翻转我们的思维，我们基本上是在我们的3D打印模具内的空隙中绘制我们想要的结构。这使我们能够创造出微小的、复杂的微观结构，在那里细胞将蓬勃发展。虽然间接打印已经存在了很多年，但我们相信这是第一个明确的证明，它实际上可以超越直接打印所能做到的，特别是在可实现的分辨率和结构复杂性方面。"

多方面的应用

皇家墨尔本理工大学的研究人员与墨尔本圣文森特医院的临床医生联合起来，以解决一个临床问题：在生物医学植入物中应用打印的生物支架。O'Connell说："我们的新方法非常精确，我们在一个生物支架中创建专门的骨和软骨生长的微结构。"

此外，NEST3D打印技术很容易扩展到其他医疗应用中，因为它可以使用基本的3D打印机（如高中学校的打印机）创建复杂的形状。

第一作者Stephanie Doyle还意识到，这种新方法非常强大，研究人员可以迅速测试材料组合，以确定那些对细胞生长最有效的材料。因此，3D打印的生物支架被创建为具有各种孔隙度、硬度、细胞和生物相容性，使用了广泛的材料类别。

作为概念验证，研究小组在NEST3D结构中培养了成骨细胞，并观察到细胞确实在支架上增殖和浸润。细胞活力测试显示，NEST3D支架对生物细胞没有可检测的细胞毒性作用。

研究人员总结说，NEST3D打印在结构的复杂性和最终物体的精度方面表现出若干优势。他们现在正致力于通过平行铸造许多部件来提高平均加工时间。