3D打印又叫增材制造,是Charles Hull在1986年最先提出的一种制造工艺方法,目前被广泛应用于电子、汽车、航空航天、医疗工程等行业中。其原理是将复杂的数字模型离散化,变成一层层的二维图案,然后将图案一层层沉积,最后创造出一个3D实体。3D打印在全世界受到越来越多的关注,得益于其高精度、高效率、低成本以及操作简便的特点。尤其在近期,3D打印技术在医疗领域的应用逐渐被探索出来。这种结合被称为生物打印或者细胞打印或者器宫打印。生物打印的原理是利用电脑控制3D打印机装置,精确地沉积细胞和生物材料,最终形成组织的形状,能够更好的模拟真实器官的运作及特性,旨在恢复、维持或改善组织或器官原有功能。
生物打印作为组织工程中最先进的技术,是近十年内快速兴起的新型技术,而在此之前应用较多的是计算机辅助组织工程(CATE)。其基本原理是将患者身上分离出来的组织,在体外进行培养,然后接种到用特殊材料制成的立体支架上,形成一个有功能的结构,然后再将其移植回患者体内以代替原有组织。生物打印相比传统的移植治疗,具有更少的免疫排斥危险并缓解器官短缺的问题。而相化于计算机辅助组织工程扶术,生物打印则能精确沉积细胞及生物材料,提高精度和分辨率,突破细胞种类的限制,制造出更加接近人体的组织,为患者的检测与治疗提供新方法。
近年来,医学影像技术的进步,为组织工程的发展提供了新的契机,尤其是能够为生物打印技术提供较为完全的人体组织结构数据和组织成分分布,实现精准的3D重建和个性化定制。另外,一系列新型生物材料也逐渐被科学家们发现,为生物打印或组织工程的发展添砖加瓦。海藻酸钠凝胶在3D生物打印领域内已经得到了广泛的应用。海藻酸钠能够和盐迅速反应形成共价网络聚合物,该聚合物具有一定的力学性能、良好的生物兼容性,并能够在生物体内降解,是生物打印研究的理想材料。
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