基于体素的技术简化生物打印

在《我的世界》的3D马赛克世界中，一切——动物、房屋，甚至太阳和月亮——都是由小立方体或体素构成的，体素是3D结构的基本积木。玩家自定义具有各种功能和颜色的体素来构建自己的艺术品。唯一的限制是玩家的想象力。

弗吉尼亚大学工程与应用科学学院和医学院的一个跨学科研究团队采用了《我的世界》的体素化方法来推进3D领域生物打印该公司的目标是设计出3D结构，模仿人体组织和器官的几何结构、纹理和功能。该团队由材料科学与工程、化学工程和生物医学工程的助理教授蔡立恒领导。

他们的技术使用了小型球形生物墨水颗粒(即，体素)作为创建3D结构的基本单元。DASP为现有的生物打印技术提供了另一种选择，在生物打印技术中，研究人员将活细胞和生物聚合物混合来创造bioinks然后一层一层地将生物墨水组装成细丝。

与细丝相比，体素实际上是零维的，因此它们具有更大的通用性，为生物医学工程开辟了新的可能性。

“打印生物墨水粒子非常具有挑战性，因为它们非常粘，”蔡说。“因为生物墨水具有蜂蜜般的稠度，很难控制它们何时以及如何从打印机喷嘴上脱落。当生物墨水的颗粒只有一根头发的直径时，这就更加具有挑战性了。第二个挑战是操纵每个粒子来构建一个3D结构。”

为了解决第一个挑战，他们不是在空气中制造生物墨水液滴，而是在明胶浆中形成液滴微粒子．浆料在没有应力的情况下呈固体状，但在被挤压时变成液体。当生物墨水从3D打印机的喷嘴中挤出时，他们使用这种浆液来捕获生物墨水滴，然后快速分离喷嘴以液化支撑基质，留下生物墨水颗粒。

好的生物油墨既具有弹性又具有半流体性质，这是软质材料的一种特性，称为粘弹性。

“你需要让颗粒在从打印机喷嘴上分离时保持圆形，”论文的第一作者、蔡博士软生物材料实验室的博士生朱金昌说。“如果粒子的弹性太大，它们就会变形成一根细长的线，而不是一个球。”

该团队使用了长短聚合物的混合物，其中长的聚合物可以像意大利面一样相互缠绕，而短的聚合物可以交联形成一个网络。它们控制长聚合物的数量和长度来控制粘弹性。

该团队使用这些生物墨水在三维空间中精确地沉积每一个液滴，而不会扰乱周围的打印结构。然后，它们使液滴膨胀，确保相邻的液滴逐渐接触，形成一个由相互连接但又截然不同的颗粒组成的整体结构。

朱说:“因为这些粒子是可分辨的，所以打印出来的3D结构是多孔的。”多孔性允许有效的养分和氧气交换，这对生物医学研究及其相关应用至关重要。

与Drs合作。来自弗吉尼亚大学医学院外科学系的教授Yong Wang和Jose Oberholzer，他们的团队正在使用DASP开发1型糖尿病的新疗法。朱教授和王教授的博士生何毅是该团队论文的共同作者3 d印制多孔结构，封装人的胰岛。他们发现，在葡萄糖刺激下，体素化的3D结构显示出快速、持续的胰岛素分泌。

“这是非常令人兴奋的，因为这项技术通过提供基于细胞的治疗来治疗1型糖尿病，具有人类胰岛移植的潜力，”Oberholzer博士说。“我们正在优化这种封装胰岛的技术，以测试它们逆转小鼠1型糖尿病的能力。”

还有很多事情要做。“我们还不能像《我的世界》对每个体素那样精确地定义每个粒子的属性，”蔡说。“但这项技术是3D打印组织的第一步，它具有生物医学工程、药物筛选和疾病建模所需的复杂性和组织新利18官方性。”

这篇论文发表在先进功能材料．