2023年5月27日，湖南大学、湖南农业大学的研究人员在《Nature Communications》上发表题为Photoinhibiting via simultaneous photoabsorption and free-radical reaction for high-fidelity light-based bioprinting的研究论文，报道了通过光吸收和自由基反应同时作用以有效抑制3D打印光散射的策略，提高了3D生物打印在高保真复杂结构中的可打印性和可操作性。
//doi.org/10.1038/s41467-023-38838-2
研究简介
基于光的生物3D打印现广泛用于制造各种生物医学应用的几何复杂结构。然而固有的光散射缺陷给稀释水凝胶的打印件精度带来了重大挑战，使之难以形成具有精细尺度特征的高保真结构。本文介绍了一种光抑制方法，通过光吸收和自由基反应同时作用的机制有效地抑制光散射效应。这种方法显着提高了打印分辨率(-1.2至-2.1像素，取决于膨胀程度)和形状保真度(几何误差小于5%)，同时最大限度地减少了高成本的试错过程。本研究通过制造具有复杂的多尺寸通道和薄壁网络的各种支架，证明了使用不同水凝胶绘制3D复杂结构的能力。其中成功制备的细胞化陀螺仪支架(HepG2)显示出高细胞增殖和功能。本研究建立的策略促进了基于光的生物3D打印系统的可打印性和可操作性，为组织工程提供了许多新的应用。
研究内容解读
本研究提出了一种创新的光抑制方法，可以通过光吸收和自由基反应同时作用的机制有效地抑制基于光的3D打印平台固有的光散射效应。并基于这种机制合成了一种光抑制添加剂(Cur-Na)，并通过掺杂生物墨水展示了它的优势。这些优势包括：(1)显著提高了打印分辨率和保真度。(2)通过消除重新优化程序简化操作过程，解决了反复试验的问题，具有重要的实用和经济意义。(3)在制造具有复杂微尺寸通道和薄壁结构的复杂结构方面具有卓越的性能，对养分运输和氧渗透具有重要意义。(4)成功制备出易受光散射影响的满载细胞的旋翼支架(HepG2细胞)，培养14天后，该支架具有较高的细胞增殖能力和肝脏功能。(5)这种机制是通用的，适用于其他打印墨水(例如，Sil-MA)，只要自由基链生长聚合控制打印过程。
图1 姜黄素Na的合成。
图2 生物墨水的物理化学表征。
图3 Cur-Na抑制散射效应的机理。
图4 横向打印分辨率分析。
图5 用于多层制造的空心通道的可打印性分析和用于评估高保真能力的打印误差分析。
图6 Cur-Na在生成生物医学应用中常用的复杂3D结构中的分辨率和高保真能力演示。
图7 基于PC-12细胞体外培养的Cur-Na细胞相容性评价。
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