3D尸体打印：利用生物材料作为3D打印的喷嘴

《SCIENCE ADVANCES》：3D necroprinting: Leveraging biotic material as the nozzle for 3D printing

生物混合制造技术利用雌蚊喙作为高分辨率3D打印喷嘴，突破传统金属/塑料喷嘴限制。该技术通过仿生学原理，将雌蚊具有独特几何结构和机械性能的喙改造为生物喷嘴，实现线宽达20μm的精密打印，分辨率较商用36G喷嘴提升近3倍。实验证实该喷嘴可稳定打印蜂巢结构、枫叶图案及负载癌细胞的生物支架，打印精度达18-28μm，且成本仅为商用喷嘴的1%。研究还建立了操作参数窗口，通过流体动力学分析和薄壁压力容器模型，量化了喙的耐压性能（平均59.7kPa）及破裂机制。该技术为可持续制造和微观工程开辟新路径，生物喷嘴兼具可降解性和环境友好特性，适用于生物打印和精密微流控领域。

　　本研究提出了一种名为“3D necroprinting”的生物混合制造技术，其灵感来源于自然界中昆虫的结构特征。这种技术通过将雌性蚊子的口器重新利用为高精度3D打印喷嘴，展现了生物材料在先进制造和微工程领域的巨大潜力。蚊子口器以其独特的几何形状、结构和力学特性，能够实现高达20微米的打印线条宽度，远超市面上的36号规格的喷嘴，后者通常只有约35微米的内径。此外，蚊子口器可以承受约60千帕的内部压力，这使得它能够有效地进行流体挤出。这项研究展示了该技术在打印复杂结构方面的应用，包括蜂窝结构、枫叶形状以及封装癌细胞和红细胞的生物支架，突显了其在高分辨率制造中的广泛适用性。

生物混合工程在工程领域的发展使得人们能够直接将生物材料整合到人工系统中，为传统制造方法带来了新的可能性。目前，许多先进的制造技术依赖于复杂的机械装置和昂贵的非生物降解材料，这些材料不仅制造成本高，而且对环境造成负担。相比之下，自然界提供了多种具有优异性能的微流体喷嘴结构，例如昆虫口器和植物木质部导管。这些结构在功能上与人工喷嘴相似，但它们往往具有更低的成本和更好的生物降解特性。

蚊子口器作为一种典型的微流体喷嘴，具有直而坚硬的结构，以及振动辅助的机制，使其能够以最小的力穿透表面并精准地接触血管。这些特性使其成为一种理想的喷嘴候选者，特别适合用于高分辨率打印应用。此外，蚊子口器的结构设计经过长期进化优化，能够高效地运输非牛顿流体，这为3D打印技术提供了自然的内部表面架构支持。为了验证这一假设，研究人员设计并构建了一个定制的3D打印平台，该平台配备高精度运动平台和由Arduino微控制器控制的活塞驱动挤出器，实现了微米级的打印精度。

通过将蚊子口器与该平台整合，研究人员展示了其在3D打印中的实际应用。实验中，蚊子口器被直接连接到标准30号喷嘴上，确保了流体在喷嘴和口器之间的连续输送。此外，研究人员还对蚊子口器在打印过程中的机械性能进行了详细分析，包括其在不同流体条件下的断裂行为。通过一系列测试，研究人员确定了蚊子口器在不同流体粘度下的最大挤出速度，从而建立了一个稳定和高效的打印操作窗口。这些测试表明，蚊子口器在承受一定压力时会发生两种主要的断裂模式：一种是由于出口堵塞导致的过压断裂，另一种是由于高粘度流体引起的均匀过压断裂。这两种断裂模式分别对应于不同的操作条件，研究人员通过理论分析揭示了其背后的机制。

3D necroprinting不仅在制造成本上具有显著优势，而且在环境可持续性方面也展现出独特价值。与传统金属和塑料喷嘴相比，蚊子口器的制造成本更低，且其材料具有良好的生物降解性，减少了对环境的影响。此外，蚊子口器的结构和性能为高分辨率打印提供了自然的解决方案，其打印精度远超当前市场上的主流喷嘴。实验结果表明，使用蚊子口器可以实现高达20微米的打印分辨率，这一精度在当前技术中较为罕见。

除了打印精细的结构外，3D necroprinting还展示了其在生物打印领域的潜力。研究人员成功打印了包含癌细胞和红细胞的生物支架，这些结构在打印后仍保持了较高的细胞活性，表明蚊子口器在生物打印过程中能够有效保护细胞免受剪切力的损害。这一特性使得3D necroprinting在生物医学应用中具有重要价值，特别是在需要精确控制细胞分布的场景下。此外，蚊子口器还被用于模拟药物输送过程，通过使用水凝胶作为药物载体和猪皮作为组织模型，研究人员展示了其在微尺度药物输送中的潜力。

研究还探讨了蚊子口器在不同环境条件下的性能稳定性。实验结果显示，蚊子口器在常规温度和湿度条件下能够保持其结构和机械性能，但在极端条件下可能会出现性能下降甚至完全失效的情况。因此，研究人员建议在使用蚊子口器时，应考虑到其在不同环境下的适用性，并通过适当的条件优化来延长其使用寿命。此外，研究人员还对蚊子口器的寿命进行了评估，结果显示在常温下，蚊子口器的最小使用寿命为9天，而在低温储存条件下，其使用寿命可延长至一年。

该研究不仅为高分辨率打印技术提供了新的生物材料解决方案，也为生物混合制造领域的发展开辟了新的方向。蚊子口器作为一种可重复使用的生物喷嘴，具有成本低、性能稳定和环境友好等优点，为未来的先进制造提供了可行的替代方案。此外，研究人员还指出，其他生物微喷嘴，如 assassin 虫口器、床虫口器、锥虫口器、沙蝇口器和蚜虫口器，也可能是未来研究的潜在候选者。这些生物喷嘴在不同的应用场景中可能具有独特的性能优势。

总的来说，3D necroprinting为先进制造和微工程领域提供了一种全新的方法。通过将生物材料直接应用于制造过程，这项技术不仅降低了制造成本，还减少了对环境的影响。未来的研究可以进一步探索如何优化生物喷嘴的性能，以及如何将其应用于更广泛的工程和生物医学领域。同时，该技术的可持续性和生物兼容性也为开发更环保和高效的制造方法提供了新的思路。