生物组织工程技术的变革—体积打印技术
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组织工程，是以细胞生物学和材料科学相结合，在体外或体内构建组织或器官的技术，按照3D打印圈儿里的话，就叫做生物打印。然而组织工程的良好设想是能够以生物支架为基础，采用生物活性成分（如细胞等）立体的长成为组织或器官，而一直以来3D打印给我们的认识却是层层叠加最终成型，这是完全不同的两种形式。
体外培养的人体耳廓组织
如果传统上提到的3D打印还只是二维打印的纵向叠加，那轴向光刻则能称得上是真正的三维成型。这项今年上半年才被外界认知的新型3D打印技术，采用多激光和计算机轴向光刻从不同角度同时曝光，使材料能够从模型的“内核”逐渐向外部固化，实现了真正的立体打印。而将这项技术用于组织工程，则会带来飞跃。
轴向光刻体积打印
▌体积打印—快速制造生物组织
近日，来自瑞士和荷兰的研究团队采用该技术原理，使用仅仅几秒钟时间就在含有干细胞的生物水凝胶内“雕刻”出了复杂的组织形状，并通过添加内皮细胞实现了组织血管化。该团队在《Advanced Materials》刊发的文章中提到，这项技术将改变细胞工程专家的工作方式，使他们能够创造出一种新的个性化、功能性的生物器官。
生物组织体积打印
体积3D打印的可以理解为无数个微小DLP工艺的微积分，但由于在整个过程中光都是穿越材料内部在特定位置成型，因此该过程又类似激光玻璃内雕。技术的关键在于体积打印的分辨率及能量分布，投影图像在构建体积中心的有效像素和位于保持分辨率的光学聚焦深度共同决定了成型的位置和形状。
生物体积打印技术原理
在成型过程中，光源会将水凝胶圆柱形容器包裹在内，能量沉积其中，在容器不断旋转过程中光源同步照射的二维断层图像选择性的区域固化，最终实现整个组织的成型。该过程的关键还在于需要非常仔细地确定在光场内对水凝胶进行固化的最小曝光时间。
▌生物体积打印的技术特点
值得注意的是，与传统的3D打印形式相比，体积打印的时间消耗似乎并不会受到构件尺寸的显著影响。为了量化和比较打印时间，研究人员将一个解剖人体耳廓模型分别缩放三次（0.15cm3，1.23cm3，4.14cm3），三个模型的打印时间均可以限制在22.7s，这远远高于DLP甚至CLIP技术的打印速度。至于缩放后的打印时间控制，仅需要调节激光的输出强度。
除了速度快的优势，体积打印还不会出现传统3D打印的层叠纹或者伪影，而且还无需用到支撑，研究人员证明了自由浮动部件打印的可能性。此功能对于生成能够可逆修改的形状至关重要，例如4D打印的刺激反应材料结构。
▌创建人体组织、器官
与传统的生物3D打印相比，生物体积打印可以在几秒时间内构建复杂的厘米级结构，这在很大程度上保持了细胞活性，对于满足临床需求具有重要意义。基于该技术已经开发出了心脏瓣膜、半月板移植体以及内含血管的骨组织。此外，它还可以创建生物互锁结构。
体积生物打印的空心小鼠肺动脉
人类组织的特性在很大程度上取决于高度复杂的细胞外结构，基于该技术可能会带来许多真正的临床应用，实验室也可以前所未有的速度大量创建人造组织或器官。在体外测试新药时，生物组织打印也至关重要，它可以替代对动物测试的需求，这从安全和降低成本的角度可能更有意义。
END
包括立体光刻和挤出成型在内的生物打印技术正在革新组织工程技术的模式，它们都致力于创建功能性的组织结构，而新技术则为扩大水凝胶基结构的生产及其在组织工程、再生医学和软机器人中的应用开辟了新途径。也期待未来能够采用该技术成功创建出可供人体移植的功能性心脏、肾脏等器官。
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