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對3D打印的興趣以及對生物打印的生物醫(yī)學需求持續(xù)增長。在本文中，我們將研究什么是生物打印以及為什么它很重要。

生物印刷

什么是3D生物打印？

3D生物打印機。資料來源：RegenHU

生物印記是一種增材制造過程，其中將諸如細胞和生長因子之類的生物材料結(jié)合在一起，以創(chuàng)建模仿天然組織的類似組織的結(jié)構(gòu)。

該技術(shù)使用一種稱為生物墨水的材料來逐層  創(chuàng)建這些結(jié)構(gòu)。該技術(shù)廣泛應用于醫(yī)學和生物工程領域。近，該技術(shù)甚至在用于重建和再生的軟骨組織生產(chǎn)中取得了進步。

本質(zhì)上，生物打印的工作方式與常規(guī)3D打印類似。數(shù)字模型逐層成為物理3D對象。然而，在這種情況下，利用活細胞懸浮液代替熱塑性塑料或樹脂。

因此，為了優(yōu)化細胞生存力并獲得足夠的打印分辨率以適合正確的細胞基質(zhì)結(jié)構(gòu)，必須保持無菌的打印條件。這樣可以確保復雜組織的準確性，必要的細胞間距離以及正確的輸出。

該過程主要涉及準備，印刷，成熟和應用。這可以歸納為三個關鍵步驟：

• 預生物  打印涉及創(chuàng)建打印機將產(chǎn)生的數(shù)字模型。使用的技術(shù)是計算機斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI）掃描。
• 生物打印是實際的打印過程，將生物墨水放置在打印機墨盒中，然后根據(jù)數(shù)字模型進行沉積。
• 后生物印刷是對印刷零件的機械和化學刺激，以便為生物材料創(chuàng)建穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

生物印刷

生物打印如何工作？

3D生物打印過程。資料來源：羅德島大學

 基于擠出，噴墨，聲學或激光技術(shù)，存在幾種生物打印方法。盡管類型多種多樣，但是典型的生物打印過程具有或多或少的標準步驟系列：

• 3D成像：要獲取組織的確切尺寸，可使用標準的CT或MRI掃描。3D成像應提供的組織配合，而外科醫(yī)生幾乎不需要或不需要進行任何調(diào)整。
• 3D建模：  使用AutoCAD軟件生成藍圖。該藍圖還包括詳細的逐層指令。在此階段可以進行微調(diào)，以避免缺陷的轉(zhuǎn)移。
• Bioink的制備： Bioink  是活細胞和兼容的基質(zhì)（例如膠原蛋白，明膠，透明質(zhì)酸，蠶絲，藻酸鹽或納米纖維素）的組合。后者為細胞提供了生長的支架并提供了營養(yǎng)以生存。完整的物質(zhì)取決于患者，并具有特定的功能。
• 打印： 3D打印過程涉及逐層沉積生物墨水，其中每層的厚度為0.5毫米或更小。較小或較大沉積物的輸送高度取決于噴嘴的數(shù)量和要打印的薄紙的種類。混合物以高粘度流體的形式從噴嘴中流出。
• 固化：發(fā)生沉積時，該層開始為粘性液體并固化以保持其形狀。隨著更多的層連續(xù)沉積，會發(fā)生這種情況。共混和固化的過程稱為交聯(lián)，可以借助紫外線，特定化學物質(zhì)或熱量（也通常通過紫外線光源輸送）來輔助。

 

生物印刷

為什么生物打印很重要？

資料來源：blogs.kentplace.org

生物打印的大重要性在于模仿人類組織和器官實際微觀和宏觀環(huán)境的終組織狀結(jié)構(gòu)。這在藥物測試和臨床試驗中至關重要，例如可以大大減少對動物試驗的需求。

當不需要人體的活組織和器官時，這項嶄新的技術(shù)還提供了其他巨大的機會。一個例子是使用人工影響的組織測試疾病的治療方法。

該過程還可以*與器官捐贈和移植相關的頭痛。除了缺乏可用的器官外，整個過程還從道德和倫理角度受到批評。

器官置換是主要目標，但同時也可以進行組織修復。使用bioink，可以更輕松地解決特定患者的問題，從而簡化操作。

生物印刷

應用領域

一顆心的模型。資料來源：medicaldevice-network

以下是生物打印的一些主要應用領域：

• 由于重要器官衰竭的高發(fā)，人工器官是該技術(shù)的大推動力之一。3D打印器官的可用性有助于更快，更快地解決器官相關問題，這對患者，他們的家人和醫(yī)療系統(tǒng)至關重要。
• 當進行3D打印時，開發(fā)用于藥物測試的組織是一種更具成本效益和道德的選擇。它還有助于識別藥物的副作用，并允許以經(jīng)過驗證的安全劑量向人服用推薦的藥物。
• 整容手術(shù)，尤其是整形手術(shù)和皮膚移植，也將從這項技術(shù)中受益。在該特定應用中，生物打印的皮膚組織可以商業(yè)化。一些3D打印的組織已經(jīng)被生物打印以用于治療目的的研究。
• 骨組織再生以及修復和牙科應用。

生物印刷還有其他多種用途和應用，包括生產(chǎn)食品，例如肉類和蔬菜。

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結(jié)論

Cellink的Bio X 3D生物打印機。資料來源：Cellink

從應用程序列表中，很明顯，生物打印只會繼續(xù)發(fā)展。它肯定會從道德和倫理角度證明其價值，這始終是與自然相關的技術(shù)的主要挑戰(zhàn)。讓我們看看該技術(shù)在未來幾年中的地位！

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