综述：3D挤出生物打印：理性生物墨水设计与先进制造技术

（编辑推荐）本综述系统梳理了3D挤出生物打印（extrusion bioprinting）领域的最新进展，强调通过理性设计动态共价/超分子水凝胶（dynamic covalent/supramolecular hydrogels）优化生物墨水（bioink）的力学特性，结合嵌入式/微流控（embedded/microfluidic）技术提升仿生组织结构精度，为构建类天然细胞密度（tissue-like cell densities）的ECM（细胞外基质）提供新范式。

　　

Highlights

生物力学线索的调控作用
最新研究发现，负载细胞的凝胶（cell-laden hydrogels）中生物力学信号对细胞行为和组织特异性发育具有关键指导作用。通过调整交联密度和应力松弛特性，可模拟天然ECM的动态力学微环境，促进干细胞定向分化。

动态生物墨水设计突破
基于动态共价键（如希夫碱、二硫键）和超分子作用（如氢键、主客体识别）的新型水凝胶，实现了打印过程中流变特性（剪切稀化）与成型后机械强度（弹性模量>10kPa）的精准平衡。这类材料支持打印后二次交联，显著提升复杂结构的形状保真度。

先进打印技术革新
嵌入式打印将生物墨水直接沉积在支撑浴（yield-stress fluids）中，克服了传统层积法对悬垂结构的限制；微流控打印通过多通道共挤出实现异质组织（如血管化组织）的一体化构建，分辨率可达50μm级。

Abstract

3D挤出生物打印技术正从经验驱动转向理性设计阶段。通过整合可调谐生物墨水（如光响应性GelMA-海藻酸钠复合体系）与多模态打印工艺（如近场电纺丝辅助打印），研究者已成功构建具有生理相关细胞密度（>10⁷ cells/mL）的肝小叶和心肌补片模型。特别值得注意的是，引入机器学习算法优化打印参数（挤出压力、移动速度），使异质组织界面（如骨-软骨连接处）的力学梯度模拟达到新高度。

（技术细节）最新开发的牺牲性生物墨水（sacrificial bioink）采用温敏性Pluronic F127作为临时骨架，配合UV交联的明胶甲基丙烯酰（GelMA）形成中空通道网络，其分支角度（45°-120°）和直径（100-500μm）可精确调控，为血管化组织工程提供标准化解决方案。