Nature子刊：生物3D打印向临床转化的机遇与挑战

目前，3D打印的手术导板、骨植入物、颌面部植入物和一些无生物活性的医疗器械在医院屡见不鲜，但是3D打印的活细胞支架应用到临床依然面临巨大的挑战。近期，维克森林医学院的Anthony Atalat教授在Nature Biomedical Engineering上发表了题为“Opportunities and challenges of translational 3D bioprinting”的Perspective论文，系统地分析了生物3D打印技术向临床转化所面临的机遇和挑战。

首先，介绍了生物打印技术在软骨、骨、和皮肤应用上的临床进展：

软骨

目前打印的软骨组织在植入体内后具有组织学和力学性能（图1a）。未来为了更好地实现软骨组织的生理功能，需要重点突破生长因子、机械性能和干细胞的梯度打印。

骨

目前主要利用生物打印技术诱导骨愈合（图1b），而大段缺损还需要结合非打印的传统产品来修复。此外，生物打印也很难制造兼顾形态和功能的骨组织。

皮肤

目前主要利用原位生物打印技术，对细胞和材料进行精确的控制，实现原位皮肤修复（图1c、d），但是现有的技术仍不能完全模拟皮肤的形态、理化和生理特性，包括促进、调节毛囊的正常发育，色素沉着，表皮的形成和成熟。

Nature子刊：光固化丝素蛋白墨水生物3D打印

韩国哈林大学医学院的Chan Hum Park和美国威克森林医学院的Sang Jin Lee团队首次合成了一种光固化生物墨水材料：甲基丙烯酸缩水甘油酯改性丝素蛋白（Sil－MA）。研究发现，Sil－MA具有优秀的载细胞DLP打印性能、良好的成软骨能力及与天然软骨相匹配的机械性能。相应研究成果分别发表于期刊Nature Communications和Biomaterials上。

清华大学《Science》论文：金属3D打印致命气孔产生原因找到了！

2020年11月27日，清华大学机械工程系助理教授赵沧与卡内基梅隆大学和弗吉尼亚大学的学者合作发布了关于金属激光3D打印的最新成果。该项研究起于宏观工艺，立于微观细节。宏观层面上，在激光功率－扫描速率空间中，匙孔气泡缺陷区域的边界清晰而平滑，且受金属粉末加入的影响甚微。在微观层面上，这些气泡缺陷的形成与匙孔根部的临界失稳有关；后者可以在熔池中释放出声波（冲击波），进而驱动气泡快速远离匙孔、并被凝固前端捕捉。

关于匙孔气泡区边界和气泡缺陷起源的艺术插图。左侧，在激光功率－扫描速率空间中，匙孔气泡区边界清晰而平滑。右侧，在该边界附近，匙孔根部的临界失稳释放出声波（冲击波），进而驱动气泡快速远离匙孔。当气泡被凝固前端捕捉，便成了缺陷。

Science Advances：互补网络生物墨水用于扩展和优化生物3D打印能力

伦敦帝国理工学院生物医学工程研究所的Molly M． Stevens团队，在Science Advances发表的“Expandingand optimizing 3D bioprinting capabilities using complementary network bioinks”一文中，研究人员通过使用互补网络生物墨水实现了生物3D打印过程中成型性和生物相容性之间更好地兼容。该研究中所用的生物墨水同时具有温敏性及光敏性，它们通过互补的凝胶机制来调节打印过程的不同阶段。

在该研究中，研究人员通过筛选合适浓度的水凝胶刚度以实现星形胶质细胞的3D打印及培养，并进行了互补网络生物墨水应用于组织工程的探索，且最终满足细胞培养和组织工程的生物学需求。

Science Advances：上转换纳米引发剂实现皮下原位光固化3D打印

四川大学的苟马玲研究员、钱志勇教授和魏霞蔚教授团队通过蓝光引发剂LAP包裹上转换纳米粒子制备了核－壳结构纳米光引发剂（UCNP＠LAP）。依托该光引发剂开创性地实现了皮下原位DLP打印。相关研究论文：Noninvasive in vivo 3Dbioprinting发表于杂志Science Advances上。

上转换材料是一种能实现上转换发光的材料。所谓上转换发光，指的是材料受到低能量的光激发，发射出高能量的光，即将吸收的长波长、低频率光转换为短波长、高频率光。

上转换材料由无机基质及镶嵌在其中的稀土掺杂离子组成，通过调节无机基质及掺杂稀土离子组成、比例可将近红外激发光转化为紫外或可见光。

Scientific Reports：大阪大学3D打印有血管网络的心脏组织

日本大阪大学的研究人员最近发表了一篇论文‘Vascularized cardiac tissue construction with orientation by layer－by－layer method and 3D printer．’，介绍了他们在血管化心脏构造方面进行生物3D打印实验的发现。论文的作者是Yoshinari Tsukamoto，Takami Akagi和Mitsuru Akashi，发表在《Scientific Reports》杂志上。

随着组织工程在全球实验室中的不断发展，离3D打印人体器官的目标越来越近。尽管对于许多科学家来说，这种进展似乎遥不可及，但新研究中3D组织的制造仍在继续快速发展。在本项研究中，作者进一步完善了心脏组织工程学。

剑桥大学Science子刊：组合3D打印微纳纤维作为呼吸传感器

2020年初，全球集中爆发了新型冠状病毒、流行性感冒等急性呼吸道疾病。在此背景下，对于普通民众有关口罩种类选择和正确佩戴的指导可以帮助减轻疾病传播的风险。基于此，英国剑桥大学黄艳燕教授Biointerface课题组研发了一种组合3D打印的微小透明导电纤维，该纤维可以制作成低成本和可穿戴便携式呼吸湿度传感器，传感器可以灵敏的检测人们佩戴不同种类口罩时呼吸气体的扩散情况。

相关研究成果于9月30日以“Inflight fiber printing toward array and 3D optoelectronic and sensing architectures”为题发表于Science旗舰子刊Science Advances，论文第一作者为课题组博士生王文宇。同时，这项研究成果也登上了剑桥大学主页9月30日的热点新闻。

研究团队通过组合3D打印制备了复合维纳纤维，这种复合纤维具有双层结构、高纯度导电内芯可由金属（银）或导电高分子（PEDOT：PSS）制成，外层是保护性聚合物包裹，类似于普通电线的双层结构，但直径只有1－3微米。该纤维在打印出的同时就可以很好的集成到电路中，在不需要任何后期处理的情况下可以实现极低的接触电阻。

《Science Advances》3D打印无溶剂超软弹性体

加州大学圣巴巴拉分校华人学者Renxuan Xie和Sanjoy Mukherjee教授团队介绍一种设计概念，该概念使得能够在室温下对超软且无溶剂的洗瓶刷弹性体进行3D打印。关键的进展是一类包含统计性刷式聚合物的油墨，这些聚合物会自组装成有序的以人体为中心的立方球体相。这些软固体在20°C时会响应剪切作用而产生急剧且可逆的屈服，其屈服应力可以通过控制微相分离的长度尺度进行调整。

可溶性光交联剂的加入可以使挤出后的紫外线完全固化，从而形成超软弹性体，具有接近完美的可恢复弹性，远超过屈服应变。这些结构属性设计规则创造了令人兴奋的机会，以当前材料和工艺无法实现的方式定制3D打印弹性体的性能。