3D打印网-中国3D打印门户

熱門標簽-網站地圖-注冊-登陸-手機版-投稿 3D打印網,中國3D打印行業門戶網!
當前位置:主頁 > 新聞頻道 > 深度解讀 > 正文

工程化活體材料與3D生物打印融合:現狀、挑戰與展望

時間:2025-04-30 10:54 來源:EFL生物3D打印與生物制造 作者:admin 閱讀:

        工程化活體材料(ELMs)是一類新興的生物雜交材料,具有基因可編程功能,在眾多領域展現出巨大的應用潛力。然而,要將其轉化為實際產品和工程解決方案,需要與制造技術有效整合,而目前在這一整合過程中面臨諸多挑戰,例如生物墨水設計困難,難以兼顧3D打印性和細胞兼容性,以及對ELMs中活細胞與非活基質之間相互作用的理解不足等問題。
      來自德克薩斯大學阿靈頓分校的Kyungsuk Yum教授團隊,綜述了3D生物打印的研究進展。他們探討了當前3D生物打印與ELMs交叉領域的發展狀況,涵蓋了多種3D生物打印方式在ELMs構建中的應用。團隊提出了在該領域未來發展的關鍵觀點,包括深入理解ELMs中活細胞與非活成分的相互作用以優化生物墨水設計、將合成生物學融入生物打印流程、利用微生物生長作為打印后制造工藝以及整合形狀變形材料實現ELMs的4D打印等。相關工作以 “Integrating Engineered Living Materials with 3D Bioprinting” 為題發表在《Advanced Functional Materials》上。 

 

      1. 3D生物打印工程化活體材料。圖1展示了用于制造工程化活體材料(ELMs)三維結構的四種3D打印方式,分別是擠出式3D打印、在支撐浴中嵌入式3D打印、數字光處理3D打印和體積3D打印,并對比了它們在打印過程、速度、分辨率、材料兼容性、優缺點等方面的差異。同時列舉了不同打印技術搭配的生物墨水、打印后交聯方式及微生物細胞實現的功能。
 

圖1. 用于制造ELMs三維結構的3D打印方式:呈現四種打印方式的示意圖,直觀展示各自的工作原理,如擠出式3D打印通過擠出生物墨水細絲逐層構建,嵌入式3D打印將生物墨水打印到支撐浴中等。


2. 擠出式3D生物打印。詳細介紹擠出式3D打印過程,包括生物墨水從噴嘴擠出、沉積形成結構,以及打印后交聯穩定結構。強調設計此類生物墨水面臨的挑戰,如平衡打印性與細胞兼容性的難題,引出具有剪切稀化和自愈合特性的凝膠相生物墨水這一解決方案,還介紹了通用生物墨水平臺等策略。
 

圖2. 擠出式3D打印:對比凝膠相和液相生物墨水,展示凝膠相生物墨水的剪切稀化(受應力時從固態轉變為液態便于擠出)和自愈合(擠出后恢復固態維持形狀)特性,以及使用通用易逝網絡生物墨水進行3D打印的流程。


3. 在支撐浴中嵌入式3D生物打印。闡述在支撐浴中嵌入式3D打印是制造ELMs的3D構建體的另一種選擇,它將生物墨水打印到屈服應力介質(支撐浴)中,降低了生物墨水的流變學要求,利于制造復雜結構,還能通過移除打印細絲創建具有通道的結構,以木醋桿菌制造細菌纖維素結構為例說明。
 

圖4. 在支撐浴中嵌入式3D打印通過木醋桿菌原位生物合成細菌纖維素來制造細菌纖維素結構:展示支撐介質(聚四氟乙烯微粒)的微觀圖像、打印過程示意圖、打印的三維模型和實際結構,以及打印后細菌纖維素的形成和結構特點。


4. 基于光的3D生物打印。介紹數字光處理(DLP)3D生物打印技術,它利用圖案化光選擇性交聯光敏液體生物墨水,實現高通量和高分辨率打印,但對生物墨水要求高。展示了DLP打印構建ELMs的案例,如打印含大腸桿菌的結構及細胞在其中的生長情況。
 

圖5. ELMs的數字光處理3D生物打印:呈現3D打印網格結構的圖像,以及表達綠色熒光蛋白(GFP)的大腸桿菌在不同水凝膠基質中隨時間的熒光強度變化數據,直觀反映打印結構和細胞生長狀況。


5. 體積3D生物打印。體積3D打印是新興的基于光的打印技術,能同時生成整個3D物體,具有快速、可擴展等優點,但需大量生物墨水。體積生物打印(VBP)在此基礎上發展而來,可與在支撐浴中嵌入式3D打印集成,制造多材料構建體。
 

圖6. 體積3D打印:展示順序懸浮浴打印(嵌入式打印)和體積打印的流程,以及多材料構建體的示意圖和實際打印構建體的圖像,呈現其制造過程和結構特點。


6. 3D打印活體構建體的打印后生長作為一種制造過程。以真菌菌絲體水凝膠的3D打印為例,說明將微生物生長納入3D生物打印后,打印構建體可隨時間生長和演化,菌絲生長能填充間隙、強化結構,還賦予構建體自我愈合能力。
 

圖8. 3D打印活體構建體的打印后生長:展示3D打印活體菌絲結構的生長策略(如根據營養狀況選擇不同生長模式)、不同生長天數的結構變化、橫截面圖像,以及菌絲自我愈合的顯微鏡圖像。


7. 形狀變形材料與ELMs的3D生物打印的整合。介紹將形狀變形材料與3D生物打印結合實現4D打印,可創建具有自適應和動態形態的活體構建體。展示了多種4D打印方法及在ELMs中的應用,如利用微生物細胞增殖實現形狀變形。
 

圖9. 4D打印:展示基于擠出的仿生4D打印原理(通過控制纖維素纖維排列實現各向異性膨脹和變形)及生成的復雜花狀形態,以及數字光4D打印通過2D材料編程實現3D成型的過程。

 

圖10. 將形狀變形材料與ELMs的3D生物打印相結合:使用ELMs中的微生物細胞作為驅動形狀轉變的活性成分進行4D打印:呈現酵母細胞增殖誘導ELM體積膨脹和形狀變形的過程,以及多材料形狀變形ELM的打印和變形情況。


結論
本研究表明,工程化活體材料(ELMs)與3D生物打印的融合,能夠創造出具有定制幾何形狀和可編程功能的活體構建體,為3D打印帶來新的制造能力。二者的結合將ELMs的生物可編程性與3D打印結構的幾何驅動功能相結合,顯著拓展了技術應用范圍,推動“活體”增材制造范式的發展,使打印構建體能夠像生物有機體一樣,對外界環境做出生長或進化的反應。在生物醫學、環境和工業生物制造等領域,3D打印的ELMs已展現出增強的功能,顯示出巨大的應用潛力。然而,要實現其實際應用,仍需解決維持細胞活力和確保生物安全性等關鍵挑戰。未來,合成生物學、材料科學和3D生物打印領域的跨學科合作,對于克服這些挑戰、充分釋放3D打印ELMs的潛力至關重要 。

文章來源:

https://doi.org/10.1002/adfm.202500934


 

(責任編輯:admin)

weixin
評論
發表評論
請自覺遵守互聯網相關的政策法規,嚴禁發布色情、暴力、反動的言論。
評價:
主站蜘蛛池模板: 中捷摇臂钻,数控钻床,沈阳中捷设备机床厂官网_沈阳中捷数控摇臂钻床厂 | 双单面研磨机_陶瓷平面研磨机_机械密封件研磨机-百诚研磨机械 | 无线计量仪表-电力物联网仪表-CE认证电表| 昆明塑料包装袋|云南塑料包装袋|昆明塑料袋厂家|云南茶叶大米蔬菜种子食品包装袋就来阮门包装有限公司 | 性激素6项实验检测,放射免疫实验检测,明胶酶谱试剂盒,科研用人血清,质控标品,试剂盒-南京信帆生物技术有限公司 | 远红外桑拿房-江苏侨达健康科技有限公司 | 污水处理设备-污泥脱水设备-纯水净水设备-山东善丰机械科技有限公司 | 戏曲下载网,唱戏机戏曲下载,戏曲视频下载,戏曲MP3下载 - 梨园风 | 江苏鹤心食品有限公司-茶叶_果浆果酱_固体饮料 | 指挥调度|调度系统|应急指挥调度|应急指挥|可视化调度|多媒体指挥调度|融合通信|综合调度|应急指挥系统|IP调度系统-北京瑞光极远数码科技有限公司 | 气动量仪厂家-郑州华峰仪器有限公司 | 石墨热场|PECVD石墨舟|碳碳框|燃料电池双极板|半导体石墨|光纤用石墨模具|石墨电极加工|石墨制品|上海弘竣新能源材料有限公司 | 制冷设备|冷库|空调|配件【制冷通】国内领先的制冷服务平台 | 液压万能试验机价格_电子万能试验机|摩擦磨损试验机厂家-济南辰达试验机制造有限公司 | 温州方圆仪器有限公司 工业自动化|自动化设备 - 温州方圆仪器有限公司 | 济宁山银煤矿机械有限公司,钻采工具,防爆电器,凿岩机械,风动工具,矿山机械,建筑机械,支护设备,通风防尘,铁路设备,仪器仪表,大型设备,矿用泵,钎具类,消防类,矿车类,配件区类 | 无轴螺旋输送机_双无轴螺旋输送机_垃圾,污泥无轴螺旋输送机-新乡市大汉振动机械有限公司 | 精品中文字幕在线观看,粉嫩av一区二区三区,最近中文字幕在线看免费视频,亚洲高清在线观看,日本一区二区视频手机免费看,国产黄色小视频,亚洲高清免费视频,国产精品一区二区欧美视频,亚洲人免费视频,亚洲视频在线观看免费,国产免费高清综合视频,中文字幕永久在线 | 推台锯_多片锯_圆木推台锯_方木多片锯_圆木多片锯-河北茂业机械有限公司 | 浙江德威不锈钢管业股份有限公司 | 塑料植草格_停车场植草格_消防车道植草格厂家_山东朋联建材 | 金酱酒_金酱酒代理加盟招商_OEM贴牌企业定制! – 金酱酒代理加盟!茅台镇较早的酿酒烧坊,年产优质酱香白酒5000余吨,仁怀市十强白酒企业,主营主品:金酱酒、金酱陈香酒、酱香老酒等系列品牌产品 | 临淄信息港 - 免费发布房产、招聘、求职、二手、商铺等信息 www.lzzl.net | 医用手摇病床,医用电动病床,康养手摇病床,康养电动病床-河北丁丁医疗器械有限公司 | 天津市金色巨腾科技发展有限公司-天津监控安装,天津弱电工程,天津无线网络覆盖 | 石材雕刻机_墓碑雕刻机_木工雕刻机_雕刻机厂家-合肥沃力数控设备有限责任公司 | 食品包装膜-铝箔包装袋-食品真空包装袋定制-塑料包装袋厂家-德远塑业 | 全棉帆布厂家_加工帆布_涤棉帆布价格_染色帆布定制_广州美丽华皮革帆布-广州美丽华皮革帆布 | 四川方法数码科技有限公司 | 耐磨涂料_陶瓷涂料_高温涂料_高硬度耐磨涂料-北京耐默科技 | 消字号牙膏代加工|面膜代加工|凝胶贴牌|漱口水贴牌-南京三盾药业有限公司-消字号牙膏代加工|面膜代加工|凝胶贴牌|漱口水贴牌-南京三盾药业有限公司 | 一体化净水器设备-浸没式膜水处理设备-智慧水务-超滤膜-模块化净水设备-浙江华晨环保有限公司 | 转盘萃取塔,DMF回收塔生产厂家-无锡弘鼎华化工设备有限公司 | 上海安防网-上海安全防范报警协会| 辣椒烘干机-百信机械提供大中小型辣椒烘干机房设备视频图片厂家价格多少钱 | 上海况胜_玻璃反应釜厂家_双层玻璃反应釜_实验室玻璃反应釜 | 膨胀节_波纹膨胀节_非金属膨胀节_波纹管补偿器_膨胀节厂家-江苏苏创管业科技有限公司 | 商标注册_北京商标注册费用_申请商标注册代理机构_北京商标注册公司- | 上海上市答谢酒会_企业年会_新品上市发布会_周年/开业庆典_会议会务_活动策划布置演出公司 | 精密电动平移台|光学隔振平台|手动位移台|隔振平台|电动滑台-北京集科仪器 | 自动隔油提升设备,消防稳压一体设备,苏州不锈钢消防水箱,污水提升设备厂家,无负压变频供水设备厂家-苏州脉泉供水设备有限公司 |