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  不同于傳統(tǒng)的逐層式打印方式，體積增材制造（Volumetric Additive Manufacturing，VAM）可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)投影動(dòng)態(tài)變化的光圖案從而實(shí)現(xiàn)三維物體的快速光聚合。然而，（生物）墨水的缺乏是限制VAM在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題。

  為解決上述瓶頸，哈佛醫(yī)學(xué)院Y. Shrike Zhang教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了未改性的純絲蛋白（包括絲膠蛋白（silk sericin，SS）和絲素蛋白（silk fibroin，SF））（生物）墨水用于VAM（生物）打印。通過(guò)后處理的方法，VAM打印的SS結(jié)構(gòu)展示了可逆的且可重復(fù)的收縮、膨脹或形狀記憶的特性；而VAM打印的SF結(jié)構(gòu)則表現(xiàn)出可大范圍調(diào)控的機(jī)械性能特性，機(jī)械強(qiáng)度范圍可從幾百Pa調(diào)控至幾百MPa。這兩種純絲蛋白（生物）墨水都展現(xiàn)了良好的細(xì)胞相容性。這項(xiàng)研究工作擴(kuò)展了VAM的（生物）墨水庫(kù)，進(jìn)一步拓寬了其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用范圍。

SS和SF（生物）墨水在低濃度下展現(xiàn)優(yōu)異的VAM打印性能

圖2 SS和SF（生物）墨水VAM打印性測(cè)試

VAM打印SS結(jié)構(gòu)的分辨率可達(dá)50 μm

圖3 VAM打印SS和SF結(jié)構(gòu)的分辨率測(cè)試

VAM打印的SS和SF結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出可調(diào)控的機(jī)械性能特性

圖4 VAM打印SS和SF結(jié)構(gòu)的理化性能表征

SS和SF生物墨水都具展現(xiàn)了良好的細(xì)胞相容性

圖5 VAM生物打印SS和SF細(xì)胞兼容性測(cè)試

VAM生物打印SF骨螺釘概念應(yīng)用

圖6 VAM生物打印SF骨螺釘應(yīng)用展示

  總結(jié)：研究人員成功開(kāi)發(fā)了天然、未改性的SS和SF（生物）墨水用于VAM（生物）3D打印，這兩種（生物）墨水在低濃度（2.5%）下都展現(xiàn)出能夠打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)的優(yōu)異打印性能。其中，SS打印物的收縮和再膨脹特性是可逆的，表明其在形狀記憶材料、4D印刷、軟機(jī)器人和藥物輸送等領(lǐng)域的應(yīng)用具有一定的潛力。通過(guò)進(jìn)一步的后處理引發(fā)雙交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，VAM打印的SF無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的壓縮模量可從幾百Pa調(diào)控至約250 MPa。更重要的是，SS和SF均表現(xiàn)出了良好的細(xì)胞相容性。這項(xiàng)工作豐富了VAM的（生物）墨水庫(kù)。

  原文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-023-35807-7

謝茂彬 教授簡(jiǎn)介

  謝茂彬，博士，博士生導(dǎo)師，廣州醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授，廣東省“珠江人才計(jì)劃”青年拔尖人才。2016年博士畢業(yè)于香港理工大學(xué)，2019-2021年美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后。長(zhǎng)期從事3D生物打印和生物材料領(lǐng)域研究。發(fā)表學(xué)術(shù)論文33篇，其中以第一/通訊作者身份在Science Translational Medicine、Nature Communications、STAR Protocols、Advanced Functional Materials、Biomaterials等期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。申請(qǐng)發(fā)明專利15件，其中PCT專利2件，已授權(quán)6件。目前是中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)會(huì)員、廣東省生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)生物醫(yī)用材料與臨床應(yīng)用分會(huì)委員。同時(shí)擔(dān)任Advanced Science、ACS Nano、Small、Applied Materials Today、Nanoscale等國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊審稿人。