供稿人：姜楠，贺健康，李涤尘 发布日期：2017-05-23
生物打印技术日新月异，使人们可以用生物材料、细胞和生物分子构建出更加仿生的结构。打印设备是实现高精度生物打印的关键，科学家研制出了多种新型的生物打印机，包括挤出式、激光式和喷墨式。其中挤出式生物打印机因其易于操作，可打印多种生物墨水的优点得到了广泛的应用。
近日，来自美国哈佛医学院布里格姆女子医院生物材料创新研究中心的研究者们构建了一种新型多材料连续挤出式生物打印机。与原有的需要更换多喷头打印机不同，该打印机可以实现连续打印不同材料使其分别流出或者混合流出。它具有控制部分和打印部分，七个储液槽通过七根导管连接到同一个针头（图1）。通过可编程的气动阀可精确控制每一种液体的流出。
图1 多材料连续挤出式生物打印机 （A.B 打印机采用七通道，每个供液器连接单独可编程的气动阀；C.D 气动阀，储液槽，导管，打印头实物图）
这种连续挤出式生物打印机能不能进行多材料复合结构的打印呢？答案是肯定的（图2），研究者们首先构建了相对简单的结构，使用两种到三种生物墨水构建一个立方体块。在此基础上使用2-4种生物墨水构建了分层的同心圆结构，模拟了自然血管的超微结构。之后他们又构建了多材料多形状的结构，条件成熟后，他们分别构建了类似于脑，肺，肾，心等结构，也打印了空心管，DNA双螺旋结构，证明了该设备在应用上的巨大潜力。
图2 多材料生物打印3D结构 （A.B 打印两层或三层的立方体块；C-E打印2-4层血管样同心圆结构； F 打印七层金字塔结构； G.H 使用七种颜色打印十层块状结构； I 生物打印人体组织样结构； J-N 分别为脑，肺，肾，心，膀胱； O 自由形状的线圈； P 双层空心管； Q DNA双螺旋结构）
除了宏观上结构与自然器官相类似以外，研究者们还致力于在微观层面进行仿生打印。他们用生物墨水打印了一个类似心脏的结构（图3）。用荧光颗粒代替细胞进行打印，可以观察到，荧光颗粒存在于特定的区域，彼此之间具有明显的界限，这和自然组织中细胞的分布是相类似的。
（A 打印多成分心脏样结构；B-E 使用荧光粒子代替细胞显示不同过度区域）
新型多材料连续挤出式生物打印机的出现为组织工程的研究提供了新的思路。相信随着研究的进一步深入，体外构建人体组织和器官必然会从科学幻想变成现实。