突破生物打印极限，优化高分辨率3D生物制造技术！

【研究背景】

三维（3D）生物打印是精确组装生物材料和细胞以形成3D固体物体的先进技术。由于其在组织工程、再生医学和器官芯片制造等领域的广泛应用，该技术成为了研究热点。然而，现有的基于投影的3D生物打印（PBBP）在实际应用中面临低打印分辨率的问题，存在理论分辨率与实际分辨率之间的显著差距。这主要是因为生物墨水的高水分含量和柔软特性使得打印分辨率难以提升，并且细胞的生物相容性要求进一步限制了打印精度。

有鉴于此，浙江大学机械工程学院贺永教授团队提出了一系列优化策略来解决这些挑战。例如，通过改进光学投影系统和优化生物墨水的配方，可以在一定程度上提升打印分辨率。最新的研究聚焦于系统性优化打印过程，包括提高光响应材料的性能和改进打印工艺，以缩小理论分辨率与实际分辨率之间的差距。这些努力已显示出一定的成果，例如，通过改进技术，基于投影的3D生物打印的实际分辨率已提升至约50微米，但仍远未达到理论极限。这些研究为未来在组织工程和再生医学领域的实际应用提供了重要的技术支持。

【仪器亮点】

（1）实验首次详细综述了基于投影的3D生物打印（PBBP）技术的分辨率及优化策略，并探讨了其在组织工程和再生医学中的应用潜力。得到了：通过文献综述和技术分析，本文确认了PBBP在高分辨率打印方面的优势及其面临的挑战。

（2）实验通过：本文通过分析现有的PBBP技术，包括其工作原理、分辨率极限、以及应用于生物墨水的局限性，得到了以下结果：

技术挑战：PBBP具有最高的分辨率/时间制造比，但实际分辨率仍低于理论极限。主要挑战包括生物墨水的光响应特性差和细胞生存限制。

优化策略：提出了系统优化整个打印过程的建议，包括改进生物墨水的配方、优化打印步骤和调整光学系统，以缩小实际分辨率与理论分辨率之间的差距。

应用前景：为组织工程和再生医学应用提供了实际的优化方案和技术路线图，以推动PBBP技术向更高的分辨率和更广泛的应用领域发展。

【图文解读】

图1： 基于投影的3D打印分辨率和配置。

图2：步骤1：构建精确的光场。

图3：生物墨水对光场的响应。

图4: 维持机械平衡。

【科学启迪】

本文揭示了基于投影的3D生物打印（PBBP）在实现高分辨率打印中的关键挑战和潜在优化策略。尽管基于投影的3D打印在制造比上具有领先优势，但在应用于生物墨水时，其实际分辨率显著低于理论水平。这主要归因于生物墨水的光响应特性不佳和细胞活性保持的复杂性。

本文通过总结现有的技术步骤，详细探讨了如何缩小理论分辨率与实际打印分辨率之间的差距。特别是，通过优化打印过程、改进生物墨水的光响应性以及提高生物打印系统的整体性能，可以显著提升打印分辨率。此外，提出的实际优化策略为组织工程和再生医学应用提供了宝贵的参考，强调了系统性优化在高分辨率打印实现中的重要性。

参考文献：Zhang, G., Li, B., Shi, Y. et al. Ammonia recovery from nitrate-rich wastewater using a membrane-free electrochemical system. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01406-7