细胞3D打印技术的四大分类

喷墨细胞打印技术

喷墨细胞打印是基于普通喷墨打印机的打印原理，利用热气泡或压电体积变化挤压墨盒中的细胞墨水，离散地产生并喷射含有细胞的细胞墨水液滴[1]。喷墨打印机的喷嘴直径只有几十微米，可以进行高精度的细胞打印。然而，由于喷嘴直径相对较小，喷墨细胞打印很难离散地打印高粘度的细胞墨水，这使得该技术很难直接打印3D生物实体模型。此外，热气泡的产生和压电体的变形肯定会损坏电池，需要更好地控制打印工艺参数。代表性的研究机构包括德克萨斯大学Boland教授的研究组。

微挤压单元3D打印技术

微挤压细胞三维打印技术利用机械力或气压通过微喷嘴直接挤压生物材料和细胞，构建三维生物结构[2,3]。由于常用的微挤压细胞打印机的喷嘴直径在数百微米，打印精度一般，但挤压工艺可以打印高粘弹性的生物墨水，易于实现3D生物实体的构建。此外，该技术在牺牲精度的同时增加了打印的每个离散单元的尺寸，从而间接提高了打印效率和细胞存活率。代表性研究机构包括清华大学生物制造中心孙伟教授研究组和哈佛大学Jennifer Lewis教授研究组。

激光直写细胞打印技术

激光直写细胞打印技术是指利用光压力控制细胞排列成高精度的空间结构。其精度可以达到单个细胞的数量级。然而，精度的提高也导致了成形效率的显着下降，而且该工艺也难以打印粘度较高的生物材料，降低了其打印三维生物结构的能力[4]。代表性的研究机构是明尼苏达大学David Odde教授的研究小组。

立体光刻单元3D打印技术

三维光刻细胞三维打印技术通过激光或紫外光在空间的扫描运动，实现含有光刻胶的细胞的三维凝固成型，创造出预先设计的三维生物结构[5] 。尽管这项技术灵活性很高，但其成型效率却并不如预期。有研究人员不再利用细小的激光光斑扫描三维固化成型，而是利用投影仪的原理进行曲面投影，各层同时固化成型。根据投影机类型，制程可分为LCD投影机式和DMD投影机式。

两者的本质区别在于，液晶投影机首先将光源分解为3种单色光，然后分别通过三片液晶面板控制这三种单色光的亮度，合成所需的光线和图案。 ，而DMD仅使用可以反射光源的数字阵列显微镜来实现。该工艺的光敏水凝胶是预先储存在成型室中的，造成材料浪费，且难以制备多种细胞异质结构，且大多数光敏水凝胶具有不同程度的毒性，使得细胞存活率较低。 。代表性的研究机构是加州大学圣地亚哥分校陈绍辰课题组。

声驱动细胞打印技术

声驱动细胞打印技术是一种利用声波振动产生液滴喷射的方法，其精度可低至10μm左右。然而，这一过程也是一种液滴喷射方法，很难喷射高粘度的生物材料，使得打印三维生物结构的能力受到限制[6]。代表性研究机构包括美国斯坦福大学Demirci教授研究组。

综上所述，各种细胞打印方法各有千秋，但对于三维复杂异质生物结构，微挤压细胞三维打印技术更适合，更容易构建多细胞三维模型。效率更高，细胞存活率高，打印精度（100微米）也能满足一般科学研究的需要。因此，目前市场上主流的细胞3D打印机大多基于该技术。代表企业有德国Envision TEC、瑞士RegenHu、中国SunP Biotech、Genova等。