細胞3D打印技術的四大分類

噴墨細胞打印技術

噴墨細胞打印是基于普通噴墨打印機的打印原理，利用熱氣泡或壓電體積變化擠壓墨盒中的細胞墨水，離散地產生并噴射含有細胞的細胞墨水液滴[1]。噴墨打印機的噴嘴直徑只有幾十微米，可以進行高精度的細胞打印。然而，由于噴嘴直徑相對較小，噴墨細胞打印很難離散地打印高粘度的細胞墨水，這使得該技術很難直接打印3D生物實體模型。此外，熱氣泡的產生和壓電體的變形肯定會損壞電池，需要更好地控制打印工藝參數。代表性的研究機構包括德克薩斯大學Boland教授的研究組。

微擠壓單元3D打印技術

微擠壓細胞三維打印技術利用機械力或氣壓通過微噴嘴直接擠壓生物材料和細胞，構建三維生物結構[2,3]。由于常用的微擠壓細胞打印機的噴嘴直徑在數百微米，打印精度一般，但擠壓工藝可以打印高粘彈性的生物墨水，易于實現3D生物實體的構建。此外，該技術在犧牲精度的同時增加了打印的每個離散單元的尺寸，從而間接提高了打印效率和細胞存活率。代表性研究機構包括清華大學生物制造中心孫偉教授研究組和哈佛大學Jennifer Lewis教授研究組。

激光直寫細胞打印技術

激光直寫細胞打印技術是指利用光壓力控制細胞排列成高精度的空間結構。其精度可以達到單個細胞的數量級。然而，精度的提高也導致了成形效率的顯著下降，而且該工藝也難以打印粘度較高的生物材料，降低了其打印三維生物結構的能力[4]。代表性的研究機構是明尼蘇達大學David Odde教授的研究小組。

立體光刻單元3D打印技術

三維光刻細胞三維打印技術通過激光或紫外光在空間的掃描運動，實現含有光刻膠的細胞的三維凝固成型，創造出預先設計的三維生物結構[5] 。盡管這項技術靈活性很高，但其成型效率卻并不如預期。有研究人員不再利用細小的激光光斑掃描三維固化成型，而是利用投影儀的原理進行曲面投影，各層同時固化成型。根據投影機類型，制程可分為LCD投影機式和DMD投影機式。

兩者的本質區別在于，液晶投影機首先將光源分解為3種單色光，然后分別通過三片液晶面板控制這三種單色光的亮度，合成所需的光線和圖案。 ，而DMD僅使用可以反射光源的數字陣列顯微鏡來實現。該工藝的光敏水凝膠是預先儲存在成型室中的，造成材料浪費，且難以制備多種細胞異質結構，且大多數光敏水凝膠具有不同程度的毒性，使得細胞存活率較低。 。代表性的研究機構是加州大學圣地亞哥分校陳紹辰課題組。

聲驅動細胞打印技術

聲驅動細胞打印技術是一種利用聲波振動產生液滴噴射的方法，其精度可低至10μm左右。然而，這一過程也是一種液滴噴射方法，很難噴射高粘度的生物材料，使得打印三維生物結構的能力受到限制[6]。代表性研究機構包括美國斯坦福大學Demirci教授研究組。

綜上所述，各種細胞打印方法各有千秋，但對于三維復雜異質生物結構，微擠壓細胞三維打印技術更適合，更容易構建多細胞三維模型。效率更高，細胞存活率高，打印精度（100微米）也能滿足一般科學研究的需要。因此，目前市場上主流的細胞3D打印機大多基于該技術。代表企業有德國Envision TEC、瑞士RegenHu、中國SunP Biotech、Genova等。