最近，新加坡國立大學(xué)生物工程系的研究人員開發(fā)出一種新的3D生物打印方法，該方法涉及使用低強(qiáng)度的近紅外激光（NIR）來對培養(yǎng)細(xì)胞的微觀環(huán)境進(jìn)行一個更高程度的控制，從而改進(jìn)最終產(chǎn)品，打印材料則是一種施放有干細(xì)胞的微水凝膠。該研究已經(jīng)發(fā)表在著名的在線雜志《Wiley》上，研究人員也為這種技術(shù)申請了美國專利。

通常，3D生物打印涉及將細(xì)胞植入到一個微型支架結(jié)構(gòu)中，在那里，細(xì)胞自我復(fù)制，最終形成一個新的組織。然而，這種方法有一些缺點和局限性：細(xì)胞生長的密度非常低，細(xì)胞擴(kuò)散可能非常緩慢且不均勻。因此，人們也嘗試了其他的其他的方法，如用高強(qiáng)度激光來更高程度地控制生物結(jié)構(gòu)，但這種方法會損傷生物樣品細(xì)胞。

此次，新加坡國立大學(xué)研究團(tuán)隊的創(chuàng)新之處在于對金納米棒（GNR）的使用。GNR被植入培養(yǎng)細(xì)胞的微觀環(huán)境中，它們的存在意味著更多的、來自激光的光被吸收，隨后這些光被轉(zhuǎn)換成熱能。熱吸收的增加讓較低強(qiáng)度的激光能對結(jié)構(gòu)進(jìn)行更多的控制，并且能集成不同的構(gòu)建單元。

為了測試精度的提升程度和不同單元的整合度，研究人員使用了一種特殊的水凝膠。吸收的熱能在這種水凝膠中產(chǎn)生對流，通過控制這些熱對流的方向，研究人員創(chuàng)建出特定的結(jié)構(gòu)。通過引導(dǎo)激光，研究人員在沒有任何支架的情況下，以一個特定的方式來組裝種有干細(xì)胞的水凝膠微顆粒。

“作為功能性構(gòu)建塊，這些微顆?？杀粯?gòu)建成想要的結(jié)構(gòu)，并且無需支架。在本次研究中，結(jié)構(gòu)的“構(gòu)建塊”就是水凝膠內(nèi)的干細(xì)胞，NIR方法讓我們在很短的時間內(nèi)成功在微觀環(huán)境中構(gòu)建出想要的生物結(jié)構(gòu)，”研究人員解釋說。

這種低激光強(qiáng)度的NIR方法對生物樣品的損害較小，因此不會影響最終的結(jié)果。該技術(shù)提供了前所未有的精確程度，這意味著它將有廣泛的應(yīng)用，除了生物打印，還有再生醫(yī)學(xué)、組織工程和先進(jìn)制造中的生物制造。