研究人员将水凝胶和纤维结合起来，开发用于组织再生的3D打印技术

2024年2月9日，南极熊获悉，拜罗伊特大学（Universität Bayreuth）宣布，该校团队在Leonid Ionov教授的领导下开发了一种新型的3D打印技术，结合了水凝胶和纤维。据该团队称，这一工艺首次将水凝胶和纤维结合到同一设备中，可生产出具有纤维结构和单轴细胞排列的多层结构。这种结构可能在生物科技、材料科学或其它领域具有潜在的应用和意义。

△拜罗伊特大学开发了一种生产多层生物墨水纤维复合材料的新方法

在Ionov及其团队的研究中，他们广泛测试了各种类型的水凝胶，这些水凝胶已在组织的3D打印中进行了大量实验。水凝胶中含有细胞，也称为生物墨水，与纤维结合形成一种复合材料。这种复合材料是通过采用集成触摸纺丝工艺的生物3D打印技术实现的。组织工程是人工生产生物组织的总称。

触摸纺丝是一种可扩展的工艺，从聚合物溶液或熔体中生产纤维。拜罗伊特的科学家们首次将生物3D打印技术与触摸纺丝技术结合到同一设备中。

△水凝胶细胞（生物墨水）制造过程的示意图。利用无需双手操作的生物3D打印墨水与纳米纤维接触纺丝技术，制备水凝胶-细胞（生物墨水）

教授Leonid Ionov教授表示：“这项研究的发现对于生物材料的生产组织，特别是那些具有纤维结构和细胞单轴排列的组织（如结缔组织和肌肉组织）具有重要意义。”

△该团队的研究已发表在《先进医疗保健材料》杂志上，题目为“复合生物墨水-纳米纤维结构的生物制造:生物墨水的流变特性对生物3D打印的影响，以及细胞与排列整齐的触摸纺纳米纤维的相互作用”（传送门）

拜罗伊特的科学家们在实验中采用了多种水凝胶，并对它们的特性进行了比较。据拜罗伊特大学介绍，水凝胶多年来已被广泛应用于组织工程和生物制造领域的支架材料中。

该大学指出，水凝胶系统与纤维系统的结合减少了对水凝胶加工的需求，例如通过交联来改善其机械性能，因为纤维系统覆盖了复合材料的机械性能。研究小组表示，较低的交联度要求有利于后续组织的形成。

△Ionov团队

Ionov教授补充道：“水凝胶为细胞提供了水环境，促进了细胞的良好运作，而纤维则应该控制细胞沿纤维主要方向的取向。”

拜罗伊特的科学家们在结合这两种技术并已获得专利的基础上，成立了一家名为“biovature GmbH”的新公司，旨在推动这一创新3D打印技术的商业化应用。作为合作研究中心SFB/TRR 225的一部分，德国研究基金会（DFG）为该项目提供了资金支持。

生物制造领域的这一突破代表了向功能性人造组织生产迈出的重要一步，并有可能对医学研究和治疗方法产生持久影响。