【创新在大工】机械工程学院团队合作提出生物3D打印新思路

生物3D打印技术被认为是实现复杂人体组织和器官构建的最有前景的技术方案之一。近年来提出的浸入式墨水书写（EIW）技术作为生物3D打印的关键技术分支而备受瞩目。然而，由于当前屈服应力流体的流动性较差，EIW方法仅能打印功能特征尺寸在百微米到十毫米之间的组织/器官结构。

近日，我校机械工程学院赵丹阳教授课题组和美国内华达大学雷诺分校机械工程系Yifei Jin课题组等团队合作，针对多尺度复杂组织/器官体外精准制造这一长期困扰生物打印领域的难题，提出了多尺度浸入式打印策略（Multiscale Embedded Printing，MSEP），实现了多尺度人体组织和器官的体外制造，从而有效验证了MSEP技术在构建复杂人体组织和器官方面的巨大潜力。该研究成果以“工程人体组织和器官等效物的多尺度浸入式打印”（Multiscale embedded printing of engineered human tissue and organ equivalents）为题发表于美国国家科学院官方学术期刊《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences ，PNAS）。

MSEP技术采用刺激响应型屈服应力流体作为支撑浴，该支撑浴由温敏性水凝胶Pluronic F127和屈服应力添加剂纳米粘土组成，同时具有温敏性和屈服应力特性，可在打印过程中快速添加并在室温下提供稳定支撑。基于MSEP技术，本研究提出了一种动态层高控制策略，实现了具有微米级表面粗糙度的工程角膜结构的3D打印。同时，利用MSEP技术制造了具有毫米级特征尺寸的异质人类眼球和主动脉瓣模型，以及具有分米级尺度的全尺寸人体心脏模型。该研究成果为多尺度人体组织和器官的精准制造提供了新的方法和可能性，为未来的组织工程研究和人造器官移植奠定了重要的技术基础。

我校机械工程学院博士生张诚与内华达大学雷诺分校机械工程系博士生Weijian Hua为该论文的共同第一作者，赵丹阳教授与Yifei Jin教授、内布拉斯加大学医学中心Bin Duan教授、爱荷华州立大学工业与制造系统工程系Yiliang Liao教授、中国医科大学柴广睿教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2313464121