3D打印进展，浙江大学探索基于投影的3D打印技术的优化策略！

【研究背景】

基于投影的3D打印是一种浴聚合打印方法，通过生成位图作为动态掩膜，投射到光敏材料表面以实现逐层固化。这种技术因其在所有3D打印技术中具有最高的分辨率/时间制造比而受到广泛关注。然而，基于投影的3D生物打印面临着实际打印分辨率远低于理论分辨率的挑战，这一问题在使用含细胞和/或生物分子的生物墨水作为打印材料时尤为突出。这种低分辨率的瓶颈限制了其在组织工程和再生医学中的应用潜力。

为了解决这一问题，浙江大学机械工程学院贺永教授（国家杰出青年基金及优秀青年科学基金获得者，青年长江学者）在“Nature Reviews Bioengineering”期刊上发表了题为“High-resolution projection-based 3D bioprinting”的最新论文。研究人员提出了针对高分辨率基于投影的3D生物打印的优化策略，包括细化打印步骤和改进生物墨水的配方。例如，优化光学分辨率、调整生物墨水的光响应特性、改进打印过程的系统性等措施被广泛研究。这些研究表明，通过这些优化策略，可以显著提高打印分辨率，并缩小理论与实际分辨率之间的差距，从而推动基于投影的3D生物打印技术在组织工程和再生医学中的应用发展。

【科学亮点】

（1）实验首次实现了基于投影的3D生物打印（PBBP）技术的高分辨率打印，达到了约50μm的分辨率。尽管理论上投影图案的分辨率可以达到1μm，但由于生物墨水的光响应特性和细胞生存限制，实际分辨率仍有较大差距。通过优化打印过程中的每一步，本文在应用生物墨水时取得了显著的分辨率提升。

（2）实验通过系统优化了PBBP的关键步骤，包括生物墨水的配方调整、打印参数的优化和打印后处理技术的改进。具体结果包括：一方面，通过调节生物墨水的光响应性，改善了打印分辨率；另一方面，通过优化光学系统和打印参数，显著减少了打印过程中的误差和缺陷。

（3）此外，文章还探讨了高分辨率PBBP在组织工程和再生医学中的实际应用策略，如在器官芯片和复杂组织结构的构建中提供了有效的解决方案。这些优化策略为实现高精度和高功能性的3D生物打印奠定了基础。

【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。

【结论展望】

基于投影的3D打印技术在提高打印分辨率和制造效率方面展现出显著优势，但在应用于生物打印时面临许多挑战。本文的科学启示在于，尽管基于投影的3D打印理论上能达到极高的分辨率，但实际应用中，使用含细胞和生物分子的生物墨水时，分辨率和实际制造效果之间存在显著差距。为解决这一问题，必须对打印过程进行全面优化，包括改进生物墨水的光响应特性、优化打印参数和技术流程等。此外，通过结合不同的打印技术，例如将基于投影的3D打印与其他高精度打印方法结合，可以弥补单一技术的不足，实现高分辨率的生物打印。综上所述，推动基于投影的3D生物打印技术的进步不仅需要深入理解现有技术的局限，还需不断探索和创新，以满足组织工程和再生医学领域对高精度生物结构的需求。这些探索和优化将有助于实现更高效、更精确的生物打印，为相关领域带来更广泛的应用前景。

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" target="_blank">https://doi.org/10.1038/s41893-024-01406-7