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On-line Access: 2022-01-05

Received: 2021-06-10

Revision Accepted: 2021-09-30

Crosschecked: 2022-01-05

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Bio-Design and Manufacturing  2022 Vol.5 No.2 P.396-411

http://doi.org/10.1007/s42242-021-00169-w


Emerging trends and prospects of electroconductive bioinks for cell-laden and functional 3D bioprinting


Author(s):  Harish K. Handral, Vaishali P. Natu, Tong Cao, Jerry Y. H. Fuh, Gopu Sriram & Wen F. Lu

Affiliation(s):  Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore, Singapore, Singapore ; more

Corresponding email(s):   dengs@nus.edu.sg, mpelwf@nus.edu.sg

Key Words: 


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Harish K. Handral, Vaishali P. Natu, Tong Cao, Jerry Y. H. Fuh, Gopu Sriram & Wen F. Lu . Emerging trends and prospects of electroconductive bioinks for cell-laden and functional 3D bioprinting[J]. Journal of Zhejiang University Science D, 2022, 5(2): 396-411.

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Abstract: 

新加坡国立大学Gopu Sriram等 | 用于载细胞和功能性的生物3D打印的导电生物墨水新兴趋势和前景

本观点论文聚焦导电生物墨水在生物3D打印中的应用和制造技术发展趋势。生物3D打印提供了一个独特的生物制造平台,即使用3D打印机和生物墨水以空间/几何控制和自动化的方式生成功能性组织结构。生物墨水作为载体介质,为可打印性、形状保真度和支撑提供了理想的物理机械特性,以及为活细胞在打印之前、期间和打印后提供生物微环境。这些生物墨水通常被认为具有生物相容性和生物功能特性,可保持细胞活性,使得细胞具有附着、扩散、增殖、细胞-细胞和细胞-基质相互作用的能力。除了机械和生物特性外,用于制造神经、骨骼和心肌组织等电活性组织的生物墨水应具有适当的导电能力。电刺激(ES)是一种物理线索,在这些组织中的细胞信号传导和功能中起着至关重要的作用。除了生化和生物物理线索外,电刺激还影响细胞增殖、组织修复和再生的分化。缺乏电刺激可导致对细胞功能特征的不利影响,甚至导致细胞死亡,特别是在心脏、神经和骨骼肌组织中。在生物物理信号中,包含表面形貌、底物刚度、压缩和拉伸,电场和磁场在细胞代谢功能和细胞分化中起着至关重要的作用。使用电刺激的临床指导研究表明,其可有效缓解疼痛,增强血液循环,减少血管和骨骼肌紧张,从而强调了点刺激对组织修复和再生的重要性。


导电材料已经被研究用于组织工程应用近十年,而功能活性导电生物材料的3D打印仍处于早期和探索阶段。具有固有导电性能的聚合物已被广泛用于柔性电子学、生物电子学和其他需要导电性能的应用。用于传播电荷的导电聚合物的基本特征是基于离域电子通过共轭系统的运动以及电子通过电子交换通道在相邻氧化还原位点之间的迁移。依靠独特的聚合物特征,如电气、机械稳定性,甚至生物相容性,导电聚合物已经出现在3D打印和医疗保健行业中。用于生物医学应用的导电生物材料包括聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI)、聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)、碳基生物材料和金属纳米颗粒。


本文介绍了具有3D打印应用导电性能的生物材料的最新发展,用于制造仿生生物3D打印细胞导电组织构建体的可行导电生物墨水的策略,以及组织工程和再生应用的未来展望。

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