本文来自本刊主编浙江大学机械工程学院杨华勇院士团队，介绍了一种可实现多工艺多材料同步构建的新型生物3D打印方法，该方法可以支持多种生物材料的同步沉积打印。本研究提出的多材料生物制造方法非常灵活，可适用于基于天然生物材料、合成生物材料、细胞聚集体或复合材料的生物墨水，并能准确复现异质组织的复杂组成。模块化的喷头设计增加了组合打印方法的灵活性，可以将挤出式、喷墨式、光固化式、静电纺丝等多种打印技术融合到打印过程中，也可根据制造精度或所选生物材料的要求进行个性化定制。利用上述功能完备的混合生物3D打印系统，可以实现在同一打印平台上构建无法用单一工艺打印的复杂异质组织或器官。

本研究论文聚焦构建数字化器官芯片用于评估药物肝毒性和探索基于细胞外囊泡的肝癌免疫治疗。近年来，器官芯片成为评估药物毒性和开发新型抗癌药物中最具潜力的新型平台。然而，目前的器官芯片主要基于单一的培养单元也即“单罐”式的培养，通常进行整体性分析，并行处理能力较差。鉴于此，在本研究中，通过将微孔阵列与均一化的肝癌细胞微球相结合，开发了一种数字化的器官芯片，与传统“单罐”式器官芯片相比，这种包含 100 多个分析单元的数字化器官芯片将传统的整体分析单元进行分割，将传统整体性分析方式转变为数字分析。其中，每一个均一性较好的肝癌微球都可视为一个独立的肝癌培养单元，极大地增加了芯片中分析单元的并行处理能力，提高了器官芯片中药物的反应速度。同时微阵列与微球的结合也减少了分析单元之间的荧光信号干扰。利用该数字化器官芯片平台对索拉非尼杀伤肝癌的效果进行评估，结果显示，10 μM的索拉非尼显示出明显的抗癌效果，与2D条件和传统器官芯片中的药物浓度相比，数字化器官芯片中索拉非尼的抗癌作用浓度与之前报道的在体内的抗癌浓度具有一致性。此外，在本研究中，利用该数字化器官芯片平台探索了自然杀伤细胞来源的细胞外囊泡对肝癌具有一定的杀伤效果。该数字化器官芯片平台的成功开发为评估药物毒性和探索新的抗癌方法提供了高并行性和低变异性的分析工具，从而增加了药物筛选及测试的准确性和可靠性，为加速创新药物研发提供了新平台。

本研究论文聚焦三维(3D)打印的金属骨支架设计及其成骨效果的优化。多孔钛（Ti）支架因其优越的生物相容性和良好的机械特性而被广泛应用于骨替代支架。然而，表面自然形成的TiO2限制了快速的骨整合。不同的生物分子已被广泛应用于克服这一问题; 然而，均质多孔钛支架不能同时传递多个具有不同释放行为的生物分子。在本研究中，采用二体结合和致密化的方法制备了内致密外多孔的功能分级多孔钛支架（FGPTs）。添加生长因子(BMP-2)和抗生素(TCH)的FGPTs作为骨替代材料具有良好的力学性能，同时具有良好的结构稳定性。BMP-2的释放时间非常持久，而TCH的释放与均质多孔钛支架(对照组)中相当。由于BMP-2释放时间的延长，使用FGPTs获得的成骨分化得以维持。根据前期释放时间，使用金黄色葡萄球菌对这些支架的抗菌特性进行验证。此外，提出了带有不同的孔隙特征的分级多孔钛支架的候选材料。

本研究论文聚焦体外组织模型在免疫反应体外评估上的应用。生物材料植入后的免疫反应可能会在不同程度上缩短植入物的寿命或影响植入物的功能。在这项研究中，研究人员使用聚丙烯酰胺 - 海藻酸盐（PAAm-Alg）水凝胶（已被表征为生物相容性材料，并被证明可以增强体内软骨再生），以及石墨增强水凝胶（PAAm-Alg-G）作为非生物相容性对照，以评估巨噬细胞附着和极化至促炎或抗炎表型。不同生物材料在成纤维细胞和软骨细胞存在下的性能通过体外模型得到验证，而因此该模型也证明了对异物反应的调节功能。该模型使用混有细胞的5%甲基丙烯酰基明胶和0.1%甲基丙烯酸化透明质酸的水凝胶来模拟细胞外基质（ECM）并支持细胞活性、增殖、迁移和功能等。在模拟ECM中植入的PAAm-Alg-G水凝胶对成纤维细胞和软骨细胞均表现出细胞毒性和遗传毒性，同时对具有增加免疫应答的巨噬细胞表现出促增殖作用。在第13天，PAAm-Alg水凝胶的M1 / M2比值为0.73，而PAAm-Alg-G为2.64，导致显著的M1表型优势。此外，转化生长因子 β-3（TGF-β3）加载 的PAAm-Alg 水凝胶使得M1 / M2 比值稍微平衡为 0.87。在PAAm-Alg水凝胶存在下分泌的白细胞介素-6（IL-6）浓度在第13天显著降低，而白细胞介素-10（IL-10）浓度的增加则证实了从促炎到抗炎反应的转变。通过开发简单而强大的三维体外模型来预测免疫反应在生物材料的临床应用和转化方面具有独特优势。

本研究论文聚焦用于修复大面积骨软骨缺损的增材制造多层支架的体内评价。骨软骨缺损的修复是骨科的主要临床挑战之一。成熟的骨软骨组织工程方法已显示出早期治疗较小软骨缺陷的潜力。然而，大缺陷的再生成功率较低，这主要是由于关节的机械环境和组织的异质性导致。在这项研究中，我们利用增材制造技术并结合已有的激光烧结和材料挤压技术，开发了一种多层骨软骨支架，以匹配骨软骨组织的天然异质性。该支架基于钛和聚乳酸基质增强的胶原，形成“三明治”的复合结构。我们研究了支架的微观结构和力学性能，并在绵羊髁软骨模型中测试了其在修复大面积骨软骨缺损中的安全性和有效性。通过12 周的体内评价，与胶原蛋白-羟基磷灰石支架相比，多层支架中的骨长入广泛且显著增加，并且实现了稳定的机械固定，为覆盖软骨的愈合提供了有力的支持，可通过透明状软骨的形成来证明。组织学检查显示，多层支架组的再生软骨优于对照组。软骨形成基因如聚集蛋白聚糖和胶原蛋白-II 在支架中增加，高于对照组。研究结果揭示了无细胞“可转化”骨软骨支架的安全性和有效性，该支架有可能用于下一步外科手术治疗大面积骨软骨缺损。

本研究论文聚焦如何提高3D打印硬材料里细胞的存活率和控制细胞命运问题。3D打印硬材料可以适配骨的形状和加强力学支撑，本文设计了一种硬材料和细胞一体化3D打印技术体系，构建调控骨发育信号（Notch），引导骨髓基质细胞成骨分化的硬材料支架。建立了聚己内酯（PCL）和细胞集成3D打印系统（PCI3D），交互打印PCL束和负载细胞的水凝胶束，并形成网络通道，递送营养。PCI3D模块中细胞存活率超过87%，培养7天细胞增殖6倍。骨细胞MLO-Y4过表达Notch配体Dll4，在PCI3D模块中与75%的基质细胞混合后占25%。与Dll1或Dll3等其他delta样家族成员不同，骨细胞Dll4促进小鼠原代和骨髓基质细胞系成骨分化和矿化（长达28天）。机制研究上，使用Cre重组酶条件性敲除原代骨髓基质细胞（BMSCs）Notch转录因子RBPjκ后，失去对骨细胞Dll4的应答，因而不能产生成骨分化。研究结果表明，骨细胞Dll4激活BMSCs的依赖于RBPjκ的经典Notch信号，促使BMSCs定向分化。此外，骨细胞Dll4显示促血管生成的潜力。骨细胞Dll4是决定细胞朝向成骨细胞分化的成骨微环境，将打破传统骨科植入物的生物活性低的局限，开辟应用新途径。

本研究论文聚焦多液滴融合打印的技术创新与应用实例。复合材料能结合各组分材料优势实现独特的材料性能，在许多组织工程应用中具有特殊价值。将水凝胶和纤维支架相结合可以增强组织结构的生物和结构功能性，但开发有效且可扩展的方法用于制造此类复合材料存在挑战。本工作使用一种基于液滴的生物打印系统 (reactive jet impingement, ReJI) 将载细胞水凝胶与微纤维网络支架集成在一起。该打印系统的两个微阀式喷嘴分别连接至不同的生物墨水墨盒，产生对应墨水的液滴，液滴在空中碰撞融合后发生交联形成水凝胶，最后沉积至微纤维网上。以胶原蛋白-海藻酸钠-纤维蛋白水凝胶基质包裹两种不同浓度（5×106和30×106 cells/ml）的人真皮成纤维细胞作为生物墨水，生物打印到微纤维网络基底上制备出细胞-水凝胶-纤维复合材料。结果表明，这两种类型的细胞-水凝胶-微纤维复合材料保持了较高的细胞活性，并促进了细胞-细胞和细胞-生物材料相互作用。较低的成纤维细胞密度引发细胞增殖，而较高的成纤维细胞密度有助于细胞更快地组织和渗透到微纤维中。此外，复合材料的纤维成分具有高溶胀和快速释放钙离子的特性。本工作制造的复合结构为薄片状组织工程提供了一种制造高度功能性支架的方法，特别是伤口愈合和皮肤组织工程应用。

本研究论文聚焦矢量非共价键作用力驱动二维自组装及基于其表面功能结构制造问题。基于非共价键作用力自组装制备一维线状或三维块状超结构已被广泛报道；而相比之下，类石墨烯结构的二维层状超结构以及基于其制造特定功能的表界面结构件，报道相对较少。为此，浙江大学机械工程学院流体动力与机电系统国家重点实验室陶凯研究员，与南京大学王炜教授、爱尔兰利莫瑞克大学Damien Thompson教授以及以色列特拉维夫大学Ehud Gazit教授课题组组成一支国际合作团队，利用具有矢量特性的非共价键作用力（氢键、芳香作用），实现了二维叠层自组装体的构建，揭示了矢量非共价键作用力网络对自组装体物化性能的影响规律，并进一步制备出仿荷叶结构的功能性表面。具体而言，研究团队利用氢键和芳香作用，自组装制备出类石墨烯结构的二维层状超结构；并利用其不同的矢量特性，实现了对二维叠层组装的精细调控。进一步得益于芳香作用非水平组装的特点，研究团队利用物理气象沉积技术实现了超疏水阵列薄膜超结构的自组装制造。该工作为设计构建各种二维自组装超结构，并以此制造基于（生物）有机小分子的功能性表面提供了一种新思路。

本研究论文聚焦3D打印双层仿生人工骨膜用于促进骨再生。骨膜是覆盖在骨表面的一层坚韧的结缔组织，对于维持骨组织的功能起到至关重要的作用。目前，大多数人工骨膜具有较弱的机械强度和较快的降解速度，并且难以将成骨功能和血管生成功能整合为一体。鉴于此，在本项研究中，作者通过3D打印技术构建了一种双层仿生人工骨膜，以甲基丙烯酰化明胶 (GelMA) 和羟基磷灰石 (nHA) 作为仿生形成层，以负载镁离子的聚N-丙烯酰基甘氨酸 (PACG) 和GelMA的共聚凝胶作为仿生纤维层。两层中均含有GelMA组分，为挤出打印的实现提供了基础；由于nHA纳米粒子能够释放钙离子，形成层承担了促进骨髓间充质干细胞成骨分化的功能；纤维层的P (ACG-GelMA)-Mg2+水凝胶具有氢键增强的力学强度和长达60天左右的降解时间，起到保护内部缺损部位的功能，并且其中持续释放的镁离子展现出调控巨噬细胞向M2表型极化和促进脐静脉内皮细胞血管生成的功能。这种双层人工骨膜支架植入到大鼠颅骨临界尺寸骨缺损部位后，在术后12周具有最优的新骨生成效果，因而具有明显的促进骨再生作用。

本综述论文聚焦增材制造3D支架在骨癌治疗中的应用研究。骨癌是全球范围内的一个重大健康问题，随之而来的巨大临床和经济负担仍在上升。虽然目前有许多临床方法用于骨癌治疗，但这些方法通常影响正常的身体功能，因此存在显著的局限性。与此同时，先进材料和增材制造为开发针对骨癌治疗和治疗后骨再生的新策略开辟了广阔的途径。本文综述了骨癌及其现有治疗方法，特别关注基于先进功能材料的支架、载药支架、光热/磁热治疗支架等先进策略。最后，阐述了主要的研究挑战和未来前景。

本综述论文聚焦中国对3D打印医疗器械的监管和标准化研究现状及挑战。医疗器械是指直接或者间接用于人体的仪器、设备、器具、体外诊断试剂及校准物、材料以及其他类似或者相关的物品，其本身就融合了医学、机械、电子、计算机等多学科交叉的概念。在医工交叉领域，3D打印技术在医疗器械研发和制造方面的应用，不断为医疗器械的创新发展赋能，形成了“3D打印医疗器械”产品，并在近5年逐步得以广泛应用。3D打印医疗器械主要使用金属、聚合物等材料，可实现器械的个性化定制和精密微观结构的制造。然而，3D打印带来“个性化”的同时也带来了独有的风险，传统对于标准化产品的监管方式可能难以适用，同时对3D打印医疗器械的工艺、质量和风险也缺乏分析和评价方法及标准，使3D打印医疗器械的监管面临诸多挑战。

针对3D打印医疗器械“个性化”与“标准化”的矛盾，本文重点梳理和分析了：（1）监管部门对3D打印医疗器械关注的方面；（2）3D打印医疗器械的质量控制体系；（3）3D打印医疗器械的标准化和监管的未来发展。从监管部门的角度和风险控制的角度对这一新兴领域的规范发展进行关键点设计，对行业、政策和标准的方向进行分析和布局，同时也为医疗器械企业更好地利用3D打印技术并满足监管要求提供指南。

（浙江大学机械工程学院硕士生金钟博宇为本文第一作者；中国食品药品检定研究院（医用增材制造技术医疗器械标准技术归口单位）的韩倩倩研究员和浙江大学贺永教授为共同通讯作者）

本观点论文聚焦基于一维纳米结构阵列的微流控芯片用于细胞外囊泡捕获的技术展望。细胞外囊泡是细胞间交流的重要媒介，是细胞膜和细胞膜蛋白、脂质和RNA在细胞间转移的载体，也是疾病诊断的有希望的生物标志物。然而，它们固有的异质性和复杂的体液微环境给它们的分离带来了重大挑战。近年来，纳米结构集成微流控芯片的发展为细胞外囊泡的分离和检测提供了一个新的方式。纳米阵列结构具有较大的比表面积，可以提供更多的生物分子结合位点，并具有独特的流体阻隔作用，从而大大提高细胞外囊泡的捕获效率、纯度和灵敏度。本文回顾了近年来基于一维纳米结构阵列的微流控芯片在加强细胞外囊泡分离上取得的进展，按照一维纳米棒、纳米线阵列和三维纳米结构的分类进行展开，并讨论了它们的工作机制（物理和化学）和优缺点。这些新兴技术有望在未来成为疾病诊断的有力工具。

本观点论文聚焦3D生物打印中的细胞沉降问题。3D生物打印通过对于生物墨水的逐层精确定位来制造3D人造组织/器官。尽管近些年3D生物打印已经被越来越多地用于组织工程和再生医学，3D生物打印仍然面临许多挑战，例如打印过程中的细胞沉降问题。生物墨水，作为3D生物打印中的重要元素，通常由生物材料和活性细胞组成。当细胞所受到的重力大于细胞所受到的浮力时，细胞将在重力的驱使下沉降并堆积在生物墨水容器的底部，这将会加剧细胞的凝聚并影响打印精度和可靠性。本文总结了前人提出的细胞沉降的问题，讨论了细胞沉降的机理，表征了细胞沉降的行为，并总结了潜在的有效缓解细胞沉降的方法。

本观点论文聚焦组织工程气管未来研究方向。气管作为空气进入肺部的唯一途径，在空气的传导、清洁、湿润等方面起着不可或缺的作用。肿瘤、外伤和先天性气管疾病对患者是严重的威胁。对于广泛的气管疾病，手术切除后的气管重建是唯一的治疗方法，组织工程气管替代物在这一过程中存在巨大潜力。本文总结了临床前研究中使用的各种策略，其中脱细胞、3D打印、静电纺丝和模型铸造是常用的构建方法。此外，本文还提出了组织工程气管重建成功需要解决的关键问题，包括组织工程气管力学性能、快速充足血管化、周围免疫微环境稳态和与受体同步发育等。在此基础上，文章还总结了组织工程气管领域目前发展现状，并提出了未来发展的可能方向。

本Technical Note聚焦光固化生物3D打印之高精度水凝胶支架制造。投影式光固化生物打印(Projection-based 3D bioprinting, PBP)具有精度高、速度快、自支撑等优势，近年来在生物制造领域有越来越多PBP的成功应用案例。然而，完全理解PBP的原理需要光学、高分子、工程、生物学等综合学科的背景知识，初学者熟练掌握PBP的流程也需要经历长时间的试错与经验积累。降低PBP的入门使用门槛，可使更多研究者能从这项技术中受益。

本文给出了一个标准的水凝胶支架打印流程，我们将PBP生物支架打印分为“材料配制”、“支架打印”、“后处理”与“细胞接种”四个工序，给出了标准化的操作方法，整理了很多常见的问题、技巧及背后机制。通过这篇教程，希望能够帮助PBP初学者，降低非工程学科背景使用者在工艺测试上的时间和成本，将PBP作为得力工具加速其研究。