Journal of Zhejiang University

Current Issue: <BDM>

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, quarterly

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Bio-Design and Manufacturing (BDM) reports new research, new technology and new applications in the field of biomanufacturing, especially 3D bioprinting. As an interdisciplinary field, topics of this journal cover tissue engineering, regenerative medicine, mechanical devices from the perspectives of materials, biology, medicine and mechanical engineering, with a focus on manufacturing science and technology to fulfil the requirement of bio-design.

Bio-Design and Manufacturing

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, Bimonthly

2025 Vol.8 No.1 P.1-168

Cover:

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<<< CONTENTS

Research Articles

Review Microneedles for Non-Transdermal Drug Delivery: Design Strategies
and Current Applications

Jinhong Xu, Xiangyi Liao, Danli Chen, Xiuzhuo Jia, Xufeng Niu

DOI: 10.1631/bdm.2300352 Downloaded: 195 Clicked: 55 Cited: 0 Commented: 0(p.1-19) <Full Text>

Chinese summary <0> 基于优化的共形路径规划指导原位生物打印修复皮肤损伤

作者：赵文祥^1,2，胡楚雄^1,2，王煜楠^1,2，林世泽^1,2，汪泽^1,2，徐弢³
机构：¹清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室，中国北京市，100084；²清华大学机械工程系精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室，中国北京市，100084；³深圳清华大学研究院生物智能制造和活体打印研发中心，中国深圳市，518057
摘要：随着全球对高效皮肤损伤治疗方法的需求不断增长，组织工程技术成为研究热点。原位生物打印技术因其在植入打印支架时降低风险并展现出更好的治疗效果而受到关注。本研究提出一种创新的基于优化的共形路径规划策略，专门用于修复复杂的皮肤损伤。该策略通过约束优化方法，在点云近似的曲面上确定最佳路径点，确保了预设计的平面路径与实际曲面路径之间的高度一致性。此外，这种方法在皮肤伤口治疗中具有实际应用价值，因为它能够沿着表面切线生成等距的三维之字形曲线，并支持多层共形路径规划，有助于处理体积较大的损伤。研究发现，所提出的方法在小鼠背部损伤模型和其他复杂模型中均显示出了可行性和有效性，这表明它能够指导原位生物打印，提高打印精度，并有助于改善临床治疗效果。相关研究结果为未来皮肤损伤治疗提供新方向和便利。

关键词组：原位打印；路径规划；机器人控制；皮肤损伤修复

Testosterone Prompted Cardiac Fibrosis in Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy: Evidence from Clinical to the in vitro Human iPSC-derived Engineered Cardiac Spheroids

Hongyi Cheng, Xinrui Wang, Sichong Qian, Yike Zhang, Jincheng Jiao, Bingyu Zheng, Yue Zhu, Hua Xu, Jia Song, Feng Zhang, Xiaohong Jiang, Chang Cui, Minglong Chen

DOI: 10.1631/bdm.2400168 Downloaded: 458 Clicked: 413 Cited: 0 Commented: 0(p.20-35) <Full Text>

Chinese summary <0> 睾酮加重遗传性心肌病心脏类器官球体纤维化

作者：程弘毅^1,2，王心睿^3,4，钱思翀¹，焦锦程^1,6，郑冰玉¹，竺悦¹
机构：¹南京医科大学第一附属医院心内科，中国南京市，210029；²南京医科大学姑苏学院，中国苏州市，215002；³福建医科大学妇儿临床医学院，中国福州市，350122；⁴福建省妇幼保健院福建省妇儿重大疾病研究重点实验室，中国福州市，350001；⁵北京安贞医院心脏外科，中国北京市，100029；⁶东南大学生物科学与医学工程学院数字医学工程全国重点实验室，中国南京市， 210096；⁷贝勒医学院，美国休斯顿，77030；⁸南京医科大学心血管病转化医学协同创新中心江苏省心血管病靶向干预研究重点实验室，中国南京市，210029
摘要：致心律失常性右室心肌病（ARVC）是一种遗传性心肌病，进行性脂肪纤维化是其独特特征。升高的睾酮水平可能会促进 ARVC 的纤维化病理过程。然而，因为缺乏良好的遗传性心肌病模型，睾酮对 ARVC 心脏纤维化的具体作用仍不明确。此研究首先在接受了临床电生理标测的 ARVC 患者中明确了纤维化低电压区分布的性别差异，接着使用患者特异性诱导多能干细胞来源的心肌细胞和心脏成纤维细胞构建了三维心脏类器官球体模型，进而在该模型上使用睾酮进行了药物试验。与动物模型比，体外的心脏类器官球体平台具有更好的代表性，观察疾病表型更加直观便捷。同时基于诱导多能干细胞分化的多种细胞类型构建的心脏类器官是更加生理化的多细胞共培养模型，可用于探究细胞间相互作用的机制，明确致病的靶细胞和靶分子，有利于遗传性心肌病的精准干预。总之，该研究建立了一种新的 ARVC 体外三维模型，并提供了直接证据表明睾酮在 ARVC 中起到了促纤维化的作用。

关键词组：致心律失常性右室心肌病；性别差异；心脏类器官球体；睾酮；纤维化

Enhancing angiogenesis and osseointegration through a double gyroid
Ti6Al4V scaffold with triply periodic minimal surface

Hao Liu, Hao Chen, Bin Sun, Danyang Fan, Aobo Zhang, Hanqiang Liu, Hexiang Wei, Wenbo Yang, Yongyue Li, Peng Xia, Qing Han, Jincheng Wang

DOI: 10.1631/bdm.2400114 Downloaded: 501 Clicked: 455 Cited: 0 Commented: 0(p.36-54) <Full Text>

Chinese summary <8> 通过具有三周期极小曲面的双陀螺 Ti6Al4V 支架促进血管生成和骨整合

作者：刘昊¹，陈昊¹，孙彬¹，范丹洋²，张奥博¹，刘含强¹，魏鹤翔¹，¹，李永跃¹，夏鹏¹，韩青¹，王金成¹
机构：¹吉林大学第二医院骨科，中国长春市，130000；²吉林大学第二医院皮肤科，中国长春市，130000
摘要：多孔支架的孔结构在骨修复过程中发挥重要作用。目前临床上常用的骨植入物结构为传统的立方体结构。然而，传统立方体结构具有尖锐边缘或结点，不利于细胞黏附和生长。本研究设计了一种基于三周期极小曲面（TPMS）结构的双陀螺（DG）钛合金骨支架，并探讨了不同孔隙率 DG 结构支架的骨整合性能。压缩试验表明，DG 结构支架的弹性模量和压缩强度足以满足骨科植入物的需求。体外细胞试验表明，与立方体结构相比，DG 结构可以显著促进细胞增殖、成血管分化、成骨分化，且孔隙率为 55%的 DG 结构支架表现最好。家兔体内试验进一步证明，DG 支架可以促进新血管形成和骨组织的再生和成熟，且孔隙率为55%的 DG 支架表现最优。此外，通过比较单陀螺和 DG 结构支架的表面积、单位体积比表面积和内部流动分布特征发现，后者更有利于细胞黏附和生长。本研究强调了基于 TPMS 结构的 DG 支架在优化钛支架孔隙结构设计、诱导血管生成及骨缺损修复临床应用中的潜力。

关键词组：双陀螺；三周期极小曲面；骨整合；血管生成

4D printed snake-like biomimetic soft robots

Xingcheng Ou, Jiaqi Huang, Dantong Huang, Xiaohong Li, Guoliang Chen, Yabin Yang, Ran Bi, Yu Sheng,Shuang-Zhuang Guo

DOI: 10.1631/bdm.2400074 Downloaded: 478 Clicked: 563 Cited: 0 Commented: 0(p.55-67) <Full Text>

Chinese summary <0> 4D 打印蛇形仿生软体机器人

作者：欧兴成，黄嘉琪，黄丹彤，李小红，陈国良，杨亚斌，毕燃，圣宇，郭双壮
机构：广州市柔性电子材料与可穿戴设备重点实验室，广东省功能生物材料工程技术研究中心，聚合物复合材料及功能材料教育部重点实验室，光电材料与技术国家重点实验室，中山大学材料科学与工程学院，中国广州市，510275
摘要：无线微型机器人可以在狭窄和密闭的空间内穿越生物体内复杂的血管网络，从而为未来的医学治疗带来更多可能性。然而，由于其多面性和复杂的结构设计，一些机器人处于横截面尺寸较小的狭小空间时，往往会面临运动受限和功能缺失的问题。本研究从蛇的高长宽比和波动游泳模式中汲取灵感，通过基于挤出的直写 4D 打印和磁响应功能墨水结合，设计和制造了一种毫米级的柔性蛇形机器人，并采用了复杂可编程的运动控制策略。该策略能够使机器人在各种磁场变化下执行多种动态运动形态，包括波动游泳、精确转弯、优美的圆周运动和协调的集群运动等。为了证明其在医学领域具有良好应用价值，该蛇形机器人被用于在通道曲折并充满液体的冠状动脉血管模型中导航，并在定点位置释放药物。这种柔性蛇形机器人具有新颖的设计和广阔的应用前景，有望成为未来微创手术和介入医疗干预等领域的重要工具。

关键词组：4D 打印；磁响应墨水；无束缚柔性机器人；蛇形机器人；药物递送

3D Bioprinting of a GelMA/COS Dermal Scaffold for Full-Thickness Skin Tissue Regeneration

DOI: 10.1631/bdm.2400058 Downloaded: 71 Clicked: 33 Cited: 0 Commented: 0(p.68-84) <Full Text>

Chinese summary <8> 用于全层皮肤组织再生的真皮支架 3D 打印

作者：韩璐¹，刘姿娴^1,2，李梦^1,3，申治中^1,4，王建明⁵，桑胜波^1,2
机构：¹微纳传感与人工智能感知山西省重点实验室，中国太原市，030024；²太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，中国太原市，030024；³山西浙大新材料与化工研究院，中国太原市，030024；⁴4 山西省六维人工智能生物医学研究院，中国太原市，030031；⁵太钢总医院，中国太原市，030809
摘要：真皮替代物为真皮的再生和重建提供了一个模板。然而，愈合后的皮肤组织往往表现出异常的形态和功能，包括疤痕和炎症。本研究提出一种由甲基丙烯酸明胶(GelMA)和壳寡糖(COS)组成的复合生物墨水，利用数字光处理(DLP)技术打印真皮支架。GelMA/COS 生物墨水具有合适的孔隙率、溶胀率、降解率和力学性能。COS 对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌均有抗菌作用，同时可促进人真皮成纤维细胞(HDFs)的增殖。此外，COS 的应用可以有效降低胶原 I、胶原 III 和纤维连接蛋白 I 等纤维化相关基因的表达水平。通过 3D 打印制备的真皮支架具有优异的形状保真度和高细胞活力，促进了 HDFs 沿支架的延伸，同时能够分泌细胞外基质相关的蛋白。将负载 HDFs 的真皮支架移植到裸鼠全层皮肤缺损部位，可加速创面愈合，减少炎症，提高伤口愈合质量。总的来说，DLP 打印的真皮支架为临床环境中有效治疗全层皮肤缺陷提供了一种吸引人的方法。

关键词组：3D 打印；真皮支架；光交联；皮肤组织再生

Concurrent bioprinted scaffold with autologous bone and allogeneic BMSCs promote bone
regeneration via recuiting native BMSCs

Yu Huan, Hongqing Chen, Dezhi Zhou, Xin He, Sanzhong Li, Xiuquan Wu, Bo Jia,Yanan Dou, Xiaowei Fei, Shuang Wu, Zhou Fei, Tao Xu,Fei Fei

DOI: 10.1631/bdm.2400011 Downloaded: 433 Clicked: 351 Cited: 0 Commented: 0(p.85-99) <Full Text>

Reduced graphene oxide-mediated electron–hole separation using titanium dioxide
increases the photocatalytic antibacterial activity of bone scaffolds

Pei Feng, Haifeng Tian, Feng Yang, Shuping Peng, Hao Pan, Cijun Shuai

DOI: 10.1631/bdm.2300372 Downloaded: 186 Clicked: 38 Cited: 0 Commented: 0(p.100-115) <Full Text>

Research Article
s

Photothermal MXenes-embedded tannin-Eu3+ particles constructed for
accelerating infected seawater immersion wound healing and persistent antiinfection by forming in situ bacterial vaccines

DOI: 10.1631/bdm.2300327 Downloaded: 32 Clicked: 35 Cited: 0 Commented: 0(p.116-133) <Full Text>

Research Articles

Experimental research and clinical application of selective laser melting Ta bone plates

DOI: 10.1631/bdm.2300321 Downloaded: 29 Clicked: 27 Cited: 0 Commented: 0(p.134-149) <Full Text>

Magnesium and gallium coloaded microspheres accelerate bone repair via
osteogenesis and antibiosis

Jin Bai, Si Shen, Yan Liu, Shendan Xu, Tianqi Li, Zirou Wang, Weili Liu, Lingling Pu, Gang Chen, Xinxing Wang

DOI: 10.1631/bdm.2300253 Downloaded: 236 Clicked: 67 Cited: 0 Commented: 0(p.150-165) <Full Text>

Editorial

BDM editors pick the most memorable moments of 2024

Liang Ma, Jun Yin & Huayong Yang

DOI: 10.1631/bdm.2510000 Downloaded: 51 Clicked: 51 Cited: 0 Commented: 0(p.166-168) <Full Text>

Chinese summary <0> 基于优化的共形路径规划指导原位生物打印修复皮肤损伤

Chinese summary <0> 睾酮加重遗传性心肌病心脏类器官球体纤维化

Chinese summary <8> 通过具有三周期极小曲面的双陀螺 Ti6Al4V 支架 促进血管生成和骨整合

Chinese summary <0> 4D 打印蛇形仿生软体机器人

Chinese summary <8> 用于全层皮肤组织再生的真皮支架 3D 打印

Chinese summary <8> 通过具有三周期极小曲面的双陀螺 Ti6Al4V 支架促进血管生成和骨整合