《Nature communications》：光抑制技术实现高精度生物3D打印

基于光的生物3D 打印现在被广泛用于制造各种生物医学应用的几何复杂结构。然而，固有的光散射缺陷在对稀水凝胶进行图案化以形成具有精细特征的高保真结构方面带来了重大挑战。来自湖南大学的何宁教授与其团队发表的《Photoinhibiting via simultaneous photoabsorption and free-radical reaction for high-fidelity light-based bioprinting》（IF:14.7）提出了一种光抑制方法，该方法可以通过同时进行光吸收和自由基反应的机制来有效抑制光散射效应。这种生物相容性方法显著提高了打印分辨率（~1.2 - ~2.1 像素，取决于膨胀）和形状保真度（几何误差小于 5%），同时最大限度地减少了昂贵的试错程序。通过制造具有复杂多尺寸通道和薄壁网络的各种支架，证明了使用不同水凝胶对 3D 复杂结构进行图案化的能力。重要的是，细胞化回旋支架 （HepG2） 被成功制造，表现出高细胞增殖和功能。本研究中建立的策略促进了基于光的 3D 生物打印系统的可打印性和可作性，为组织工程提供了许多新的应用。

名词解释：

光吸收（ photoabsorption）：光波在穿过物质时，其能量被物质吸收并转化为其他形式（如热能或化学能）的过程。

自由基反应（free-radical reaction）：光固化过程中，光引发剂在光照下分解产生自由基，自由基再与生物墨水中的单体或预聚物发生反应，形成交联网络，从而固化生物墨水的过程。

光固化生物3D打印是一种利用光引发自由基聚合反应将液态生物墨水转化为固态生物支架的技术。它具有高精度、快速和可控等优点，可以构建具有精细结构和复杂几何形状的生物支架，例如神经支架、血管网络和类器官等。这些生物支架可以用于组织工程和再生医学应用，例如修复受损组织、构建人工器官和进行药物筛选等。

通过同时进行光吸收和自由基反应来抑制光散射效应。Cur-Na作为一种新型光抑制剂，能够吸收特定波长的光，并通过与自由基反应消耗掉散射光产生的自由基，从而抑制了光散射效应。

Cur-Na 如何抑制散射效应的机制

研究人员以姜黄素为原料，通过化学反应合成了Cur-Na。合成过程包括将姜黄素溶解在甲醇和水中，然后加入碳酸氢钠进行反应。通过1H-NMR、13C-NMR、23Na-NMR和HRMS等手段，研究人员对Cur-Na的分子结构和化学性质进行了表征。

姜黄素-Na 的合成

研究人员将Cur-Na添加到PEG-GelMA生物墨水中，并对其进行了流变学、溶胀比和机械性能等表征。结果表明，Cur-Na的添加对生物墨水的溶胀比和机械性能影响较小，但能够显著提高其打印分辨率和形状精度。

生物墨水的物理化学表征

通过打印线状图案和空心结构，定量分析了Cur-Na对打印分辨率和形状精度的影响。结果表明，Cur-Na能够显著提高打印分辨率，并抑制了由于光散射引起的过度固化现象，从而提高了打印形状精度。

Cur-Na 在生成生物医学应用中常用的复杂 3D 结构的分辨率和高保真能力

研究人员通过体外培养实验，评估了Cur-Na的生物相容性。结果表明，Cur-Na具有良好的细胞相容性，对细胞的生长和功能没有负面影响。

基于使用 PC-12 细胞体外培养的 Cur-Na 细胞相容性评价

本文介绍了一种新型的光抑制方法，可以有效解决光散射问题，从而显著提高光固化3D打印的分辨率和形状精度。该方法通过同时进行光吸收和自由基反应，有效抑制了光散射对打印质量的影响。研究表明，该方法可以显著提高打印分辨率，并简化操作过程，为组织工程和再生医学等领域提供更精确的打印方案。

文献原文:10.1038/s41467-023-38838-2

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-38838-2