尽管各类生物材料和技术被用于以不同的形状、大小和分辨率对生物结构进行生物打印，但单一的打印方式很难满足多样化组织工程的要求。而目前，研究者已经使用几种类型的生物打印技术，包括喷墨、激光/光和基于挤出的生物打印。
然而生物打印中生物墨水的性能至关重要，但想要获得高精度高强度的生物支架，依旧离不开不同方式的生物打印机。生物打印时，在设计、技术和材料选择方面有几个重要的因素。从打印前阶段的数据处理到打印后组织成熟阶段的生物反应器设计，目的是从整体方法规划生物打印。
已经报道了各种生物打印策略，包括直接生物打印、过程中交联、后处理过程、间接生物打印和混合生物打印。必须通过使用异质生物材料来开发最佳打印策略，以产生机械稳定的成熟组织。下面详细介绍主要常见生物打印的方法包括基于挤出、喷墨、立体光刻和激光辅助生物打印。
1. 喷墨式生物打印
生物打印的第一次尝试利用了一种商业二维喷墨打印机，通过改进后，可以分层打印生物墨水。喷墨生物打印机，也称为按需喷墨打印机，使用非接触式技术，该技术可以使用热力、压电力或电磁力将连续的生物墨水滴喷射到基板上，用打印的组织复制 CAD设计。
尽管有人担心喷墨打印方法会因喷嘴中高达 300 °C 的极高局部温度而损害细胞活力，但局部加热的持续时间非常短（~2 μs），并且已被证明仅将生物墨水温度提高 4-10 °C。研究表明，单独这些温度升高不会显着影响哺乳动物细胞的稳定性或活力。喷墨生物打印的主要优势包括高速、可用性和相对较低的成本。
与其他生物打印方法相比，缺点包括在液滴尺寸和液滴位置方面缺乏精度。还需要低粘度生物墨水，这使得该方法无法使用几种有效的生物墨水并且使用喷墨生物打印机时经常出现喷嘴堵塞和蜂窝变形。
图1.喷墨式打印的示意图。
2. 挤压式生物打印
近年来，基于挤压的方法已被广泛采用，为研究人员提供了支架制造的替代方法。基于挤压的方法的广泛流行主要依赖于清晰的加工方法，导致该技术的简单性、多样性和可预测性。
挤出的生物打印（EBB）利用由气压和电机驱动的机械力，以受控方式通过喷嘴挤出生物材料、细胞聚集体或微载体，以构建3D结构。通过挤出生物打印需要考虑三个主要因素：1）粘度的可调节性，2）挤出前的生物墨水阶段，以及3）材料特定的生物制造窗口。
图2.挤出式3D打印的3种方式。
3. 立体光刻式生物打印
生物打印的立体光刻 （SLA） 方法利用光聚合，这是一种将紫外线或激光以图案引导到光聚合液体聚合物路径上的过程，将聚合物交联成硬化层。随着每一层的聚合，打印平台可以进一步降低到聚合物溶液中，允许多次循环以形成 3D 结构。当可固化丙烯酸树脂和环氧树脂用作可光聚合材料时，该技术特别有用。
与其他技术相比，这些物质具有很高的制造精度。立体光刻技术也被用于创建基于CT 的模具，用于生成人工心脏瓣膜。将 SLA 用于生物医学目的的主要缺点是交联过程需要强烈的紫外线辐射。其他限制是冗长的后处理时间要求以及与 SLA 兼容的材料相对较少。
图3.立体光刻式3D打印。
4. 激光辅助生物打印
激光辅助 3D 生物打印 （LAB） 是一种非接触式、无喷嘴打印工艺，最初开发用于金属的高分辨率图案化，例如经常用于计算机芯片制造的工艺。该技术通过含有生物墨水的“色带”引导激光脉冲。
色带由钛或金层支撑，能够吸收能量并随后将能量传递给色带。生物墨水和细胞悬浮在色带的底部，当被激光脉冲汽化时，会产生一个高压气泡，最终将离散的液滴推向位于色带外的接收基板。
重复执行此步骤以在功能上创建 3D 结构。激光生物打印的主要优点是打印结构的精度和分辨率可能很高。这使得微图案肽、DNA 和细胞阵列的生物打印成为可能。分辨率高达每个液滴一个细胞。
与挤出显微打印一样，激光生物打印能够打印非常高密度的细胞。此外，没有喷嘴为潜在材料创造了更多选择，无需担心粘度限制或堵塞。LAB 已证明打印后表型和细胞活力的高度保留。
与其他生物打印方法相比，激光生物打印的主要限制是细胞活力较低。另一个缺点是色带准备过程耗时。然而，在色带准备之后，制造过程相对较快。
图4. 激光辅助生物打印示意图。
总结
3D打印技术的进步提高了合成活组织的可行性，涉及细胞、生物支架和生长因子的精确分层，目的是为各种用途创建生物相同的组织。早期的成功证明了与传统组织工程策略相比的明显优势。毫不奇怪，在 3D 生物打印变得具有临床意义之前，目前存在一些挑战需要解决。本文概述了 3D 生物打印技术，并讨论了关键进展和当前的局限性。虽然 3D 生物打印是一种相对较新的组织工程策略，但它具有在个性化医疗中发挥关键作用的巨大潜力。
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