Nature正刊：水凝胶，仿生组织（多尺度）

天然组织由多种细胞和细胞外材料组成，这些材料在从细胞内长度（微米）器官尺度（厘米）的多个长度尺度上的排列调节着生物功能。组织制造方法已经发展到可以通过立体光刻和基于喷嘴的生物打印构建大型结构，同时通过减法光烧蚀实现细胞内分辨率。然而，增材生物打印在亚喷嘴/体素特征方面存在，而光烧蚀由于热量产生和时间的限制，只能应用于小体积材料。使用温度敏感的水基软生物材料在多个长度尺度构建结构已成为一个关键挑战，导致许多生物结构（如具有不同口径的多尺度血管树）无法通过现有技术实现。在这里，我们使用镓的工程牺牲毛细泵在成型过程中进行排空（ESCAPE），以在软天然水凝胶中生成多尺度结构，实现从尺度（<10微米）到毫米尺度的特征。将感兴趣的生物材料与构建几何形状的过程分开，可以使用非生物相容的来创建初始几何形状。作为一个例子，我们在胶原蛋白中制造了分支状的、充满细胞的血管树，从大约300微的动脉到微血管（大约小十倍）。同样的方法可以对血管壁的内表面进行微图案化，以3D方式排列细胞并化精细结 构，如血管畸形。ESCAPE成型可以在软生物材料中制造多尺度结构，为以前在体外无法获得的织架构平了道路。

不断扩展的打印技术工具包可以构建从纳米级到建筑级的复杂3D形状。然而，这些过程中只有一小部分在适合细胞和天然细胞外基质（ECM）的环境中发挥作用，或者产生适合细胞培养的支架。新兴技术，如双光子光刻，可以用水凝胶打印复杂的3D形状，但不能用天然ECM打印，并且仅限于定制材料、小打印量和超低吞吐量。为了解决目前工程多尺度生物结构的瓶颈，我们试图开发一系列天然ECM（如胶原蛋白和纤维蛋白）的成型方法。与从头开始构建形状的生物打印方法不同，模塑可以从复杂的模具开始将3D形状复制到柔软的自然ECM中，而与这些模具最初的形成方式无关。因此，成功的模板策略将扩大用于制造生物结构的3D打印工艺（包括非生物相容性工艺）的范围。基于牺牲模板的软ECM成型已被软和刚性模板20广泛探索，但没有一种方法可以同时成型细胞尺度（<10µm）和毫米尺度的3D特征。