生物3D打印已被广泛用于制造类似人体组织和器官的三维细胞负载结构。通常，生物墨水在室温下打印性能较好，但在生理温度（37 °C）下打印时，由于温度对生物墨水黏度的影响，打印性能会变差，但长时间在非生理温度下打印可能导致细胞凋亡，因此在生理温度下进行生物打印对于维持细胞活性和正常行为至关重要。
在这篇文章中，来自新加坡南洋理工的Paulo Bartolo/Cian Vyas/Boyang Huang
开发了一种能够在生理温度下进行直接和嵌入式生物打印的双交联生物墨水，以扩展生物打印在生理温度下的应用能力。作者开发了一种基于明胶甲基丙烯酰（GelMA）和甲基纤维素（MC）或甲基纤维素甲基丙烯酰（MCMA）的双热响应性和光交联生物墨水，这种生物墨水既可以作为直接挤出的生物墨水，也可以作为嵌入式生物打印的支持（图1）
。
相关研究成果以
“Dual crosslinkable bioink for direct and embedded 3D bioprinting at physiological temperature”
为题于2025年3月4日发表在
《Materials Today》
上。
图1 生理温度下进行直接和嵌入式生物打印的双交联生物墨水
1.水凝胶的形成和表征
作者首先对开发的双交联水凝胶进行了详细的表征和性能测试。为了开发适合生理温度（PT）的生物墨水，研究人员调整了MC和MCMA的浓度（4-8 w/v%），同时使用10 w/v%的GelMA以增强水凝胶在室温下的稳定性并促进细胞与基质的相互作用。通过温度扫描（图2a）和应力松弛测试（图2b）评估了水凝胶的热响应性和应力松弛行为，所有水凝胶均表现出温度依赖的溶胶-凝胶转变特性，并且在生理温度下具有良好的自愈合能力；通过循环压缩测试（图2c-d）评估了水凝胶在动态压缩载荷下的性能，MCMA8/GelMA水凝胶具有最高的压缩模量和最小的恢复应变，表现出优异的机械强度和弹性。水凝胶的膨胀和降解测试表明，MCMA/GelMA水凝胶的降解速率最慢，显示出良好的稳定性（图2e-f）。SEM表明水凝胶具有典型的多孔网络结构，表明MC和MCMA的加入导致了更小的孔径和更高的纤维状网络密度（图2g）。
图2 水凝胶的表征
2.流动性和可打印性
作者随后通过一系列表征对水凝胶的流变学特性和打印性能进行了系统研究。首先，通过流变学表明所有生物墨水在室温（RT）和生理温度（PT）下均表现出随剪切率增加而黏度降低的特性，有利于挤出打印（图3a-b）。此外，研究人员利用打印结构的形态分析（图3c-d）定义了打印指数（Pr），并确定了不同温度下的可打印窗口。基于其良好的打印性能，作者通过直接挤出打印实验成功打印了复杂的三维结构，如晶格结构和扭曲的空心管，并验证了生物墨水在室温和生理温度下的打印能力和结构稳定性（图3e-f）。
这些结果表明，开发的生物墨水具有广泛的打印温度窗口和优异的打印性能，适用于生理温度下的3D生物打印应用。
图3 水凝胶的流变学和可打印性
复杂的几何形状，例如悬垂和空腔，对直接挤出印刷构成了挑战。相比之下，嵌入式3D打印可实现3D结构的自由形式沉积，并且不限于常规的生物学流变特性和逐层范式。此外，该生物膜水还可以将这种印刷方式扩展到PT的各种组织应用（图4）。
