综述：增强型3D打印技术用于多尺度微生理系统构建

这篇综述系统阐述了增强型3D打印（augmented 3D-printing）技术在多尺度微生理系统（MPS）构建中的创新应用。文章详细分析了传统3D打印技术在制造跨纳米-厘米级复杂结构时的局限性，提出通过整合计算机数控铣削（CNC milling）、光刻（photolithography）、电纺丝（electrospinning）等多尺度辅助技术，显著提升了MPS的生理相关性和功能复杂性。特别强调了该技术在药物筛选和再生医学领域的突破性潜力。

　　

微生理系统的革命性构建技术

微生理系统（Microphysiological systems, MPS）作为体外模拟人体器官特征的重要平台，正经历着制造技术的范式转变。传统工程方法在制造复杂功能化MPS时面临显著局限，而3D打印技术的引入为解决这一难题提供了全新思路。

技术突破：从单尺度到多尺度整合

常规3D打印技术虽能简化制造流程，但在构建跨纳米至厘米级的多尺度结构时仍存在挑战。最新研究表明，通过将多尺度辅助技术与3D打印相结合形成的"增强型3D打印技术"，可有效突破这一瓶颈。该技术体系包含三大核心要素：

1. 宏观尺度：计算机数控（CNC）铣削技术可快速加工厘米级结构，与3D打印形成互补；
2. 微米尺度：光刻技术能实现10微米级精度的微结构制造；
3. 纳米尺度：径迹蚀刻和电纺丝技术可制备纳米级多孔膜和纤维支架。

创新制造工艺的多元化发展

在具体制造工艺方面，研究者开发了多种创新方法：

• 挤出式3D打印（FDM）使用热塑性聚合物如聚乳酸（PLA），虽表面粗糙但生物相容性良好；
• 光聚合技术（包括立体光刻SLA和数字光处理DLP）分辨率可达数十微米，但需后处理消除残余单体；
• 新兴的双光子聚合（TPP）技术甚至能实现亚微米级精度的结构制造。

微生理系统的功能化突破

通过整合这些技术，研究者实现了多项功能突破：

血管化组织构建方面，Song等人开发的含微针模具可在水凝胶中形成平行管腔结构，成功培养出具有白蛋白合成功能的血管化肝组织。在神经回路研究领域，Kajtez团队结合光刻和3D打印技术，制造出开放隔室的微流控芯片，既实现轴突定向生长，又便于进行膜片钳电生理分析。

标准化与模块化设计趋势

值得关注的是，增强型3D打印技术正推动MPS向标准化方向发展：

• 96孔板兼容设计便于整合现有实验室设备；
• 可拆卸式Transwell结构简化了样品分析流程；
• 模块化流体连接系统消除了外部管路的需求。

这些创新使MPS在保持生理相关性的同时，大幅提升了实验通量和操作便捷性。

未来发展方向

展望未来，四项前沿技术将进一步提升MPS性能：

1. 熔体电纺丝书写（MEW）可实现高精度支架制造；
2. 计算轴向光刻（CAL）技术能快速完成复杂三维结构打印；
3. 4D打印赋予材料动态响应能力；
4. 多材料3D打印可一次性集成传感器等功能元件。

这些技术进步将推动MPS从单纯的药物筛选平台，发展为能够模拟器官发育、疾病进程乃至支持组织再生的多功能系统。特别是在个性化医疗领域，结合患者特异性细胞的增强型3D打印MPS，有望为精准医疗提供更可靠的体外评估模型。