近年来，3D打印技术在生物支架制造领域得到了进一步发展，3D细胞培养相比传统2D培养更能模拟天然组织特性。多孔支架因可促进细胞增殖、迁移和分化，且能提高物质扩散速率，在优化3D细胞培养中作用显著。

目前多孔三维结构的制造方法存在不足，如使用盐或微球作为孔隙占位剂需多步骤溶解去除，流程繁琐且与3D打印兼容性差；采用惰性溶剂等牺牲成分也需印后洗涤，降低了制造效率和灵活性。而微流控芯片可以高效且灵活地控制孔隙尺寸，在制备多孔支架方面具有巨大的发展潜力，但此前仅用于挤出式3D打印，分辨率不足。

数字光处理（DLP）打印能便捷生成复杂的二维和三维图案，其容器设置便于与微流控装置集成，且相比基于光栅的激光辅助立体光刻（SLA）技术，维护成本更低、固化速度更快，在多孔结构3D打印中潜力巨大。

近期，美国哈佛医学院Yu Shrike Zhang教授团队联合波兰科学院物理化学研究所和华沙理工大学材料科学与工程学院等单位，开发了一种集成微流控气泡发生器的数字光处理（DLP）3D打印技术，实现了水凝胶多孔结构的精准可控制造。该研究通过微流控阀式流动聚焦芯片（vFF chip）在甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶前体中生成尺寸可调（143-747μm）、分布均匀的气泡，结合自上而下式DLP打印系统，成功制备了具有复杂几何形状的仿生多孔支架；细胞实验证实，该支架支持成纤维细胞的高存活率、增殖及迁移，为组织工程提供了高效的单步成型新策略。相关研究以“Microfluidic bubble-generator enables digital light processing 3D printing of porous structures”为题发表于期刊《Aggregate》。

本文要点：

1、本研究提出了将微流控气泡发生器与数字光处理（DLP）3D打印技术相结合，用于制造多孔结构的方法。

2、以甲基丙烯酰化明胶（GelMA）水凝胶为基质，通过微流控阀式流动聚焦（vFF）芯片生成尺寸可调且分布较窄的气泡，并结合DLP打印机实现了二维和三维多孔结构的打印。

3、实验中测试了不同表面活性剂，发现1%（w/v）的大豆卵磷脂能最佳稳定泡沫；通过调节墨水流量和气体压力，可将气泡直径控制在143-747μm范围内。

4、对打印出的多孔支架进行细胞相容性研究，结果显示成纤维细胞在支架上具有高存活率，且能增殖、扩散和迁移。

5、该技术在组织工程和再生医学等领域有广泛应用前景，但目前在气泡稳定性和3D打印分辨率方面仍有提升空间。

图 1（A）展示了阀式流动聚焦（vFF）芯片的结构，突出显示了其两个气体入口、一个墨水入口以及生成气泡的出口。（B）所开发的数字光处理（DLP）自上而下式 3D 打印机的近景特写图，打印平台插入到容器中，光源从投影仪照射到打印平台上。右侧图像上方为打印平台上类骨结构的打印示意图，下方为该类骨多孔结构的实际打印图。

图 2（A）定量显示了阀式流动聚焦（vFF）芯片的孔口宽度随 p_v=0–2.5 bar 变化的减小情况。显微镜图像展示了 vFF 芯片孔口在 0、1.0、1.7、2.3 bar 不同压力下的状态。（B）在恒定施加压力 p_g=150 mbar、墨水流量分别为 20、30、80、350 µL min^-1 且 P_v 恒定为大气压的条件下，vFF 芯片内气泡尺寸可控性的显微镜图像（i-iv）。（v）三种不同施加压力 p_g 下，平均气泡尺寸及其标准偏差随流量的量化关系。（C）通过对 vFF 芯片孔口施加压力 p_v 进一步减小气泡尺寸。孔口压力 p_v 在 0–2.2 bar 范围内变化，可使气泡平均尺寸最小降至 143±7 µm。

图 3（A）复杂程度各异的计算机生成 2D 形状用于数字光处理（DLP）打印机进行单层打印（i）；2D 打印形状（ii）；2D 打印形状的放大显微图及生成气泡的展示（iii）。（B）具有可控气泡尺寸的 2D 打印多孔类骨结构。显微镜图像展示了 5 种不同气泡尺寸，平均尺寸范围为 112–424 µm。每种气泡尺寸的直方图均基于 n>40 次测量。（C）2D 打印的气泡尺寸梯度，展示了可尺寸调节的小、中、大尺寸气泡的生成情况。

图 4（A）用于 3D 数字光处理（DLP）打印的计算机辅助设计（CAD）模型（i）。使用自上而下式 DLP 打印机打印的 3D 多孔结构的俯视图（ii）和侧视图（iii）。每个模型总高度为 4 mm，共 20 层，每层 200 µm，每层采用 405 nm 光曝光 5 s。（B）共聚焦荧光显微图，展示了罗丹明标记的 fGelMA 水凝胶中单层小（i）、中（ii）、大（iii）尺寸气泡的空间形态。（C）小（i）、中（ii）、大（iii）尺寸气泡的显微 CT 扫描图，以及（D）它们的平均尺寸和标准偏差量化结果。

图 5（A）荧光显微图像定性显示了在由 fGelMA 和卵磷脂稳定的墨水打印的多孔结构中，接种的 NIH/3T3 成纤维细胞在培养 1、3、7、10、14 天后的高存活率，图中为活细胞（绿色）和死细胞（红色）的叠加图像。（B）在由 fGelMA 和卵磷脂稳定的墨水打印的多孔结构中，培养 1、3、7、10、14 天后 NIH/3T3 成纤维细胞的形态，展示了其 F - 肌动蛋白丝（绿色）和细胞核（蓝色）。（C）在具有精确控制（大、中、小尺寸）气泡的多孔支架中，成纤维细胞培养 7 天后的活（绿色）死（红色）染色结果。

论文链接：https://doi.org/10.1002/agt2.409

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