基于热成像的挤出式生物打印形状保真度原位监测新方案
Simone Giovanni Gugliandolo, Egon Prioglio, Davide Moscatelli, Bianca Maria Colosimo | International Journal of Bioprinting 2024 | DOI: 10.36922/ijb.2021
标签: #综述 #生物打印 #原位监测 #热成像 #质量控制
一、本文综述了什么
- 综述范围：聚焦挤出式生物打印（EBB）过程中的原位/在线质量监测技术，系统梳理了从传统可见光成像到新型红外热成像的技术演进，覆盖透明生物墨水识别、逐层几何重建及实时过程控制等关键环节。
- 核心问题：生物打印过程高度复杂，传统可见光视觉系统在透明/半透明生物墨水及多层叠加打印中极易失效，导致形状保真度（Shape Fidelity）难以量化，缺乏稳健、非破坏性的原位监测方案成为制约临床转化与工业放大的核心瓶颈。
- 综述结论：红外热成像技术能够利用挤出过程中的微小温度梯度差异，有效穿透视觉盲区，实现透明生物墨水丝材的精准分割与逐层轮廓重建，为生物打印从“开环试错”迈向“闭环智能控制”提供了低成本、高兼容性的新路径。
二、综合比较的核心结论
主题 A：生物打印原位监测的技术路线与可见光局限
图1：传统可见光成像与热成像在生物打印监测中的技术路线对比及适用场景分析
主题 B：热成像原理与透明生物墨水识别机制
图2：红外热成像系统硬件配置及生物墨水挤出过程中的温度场分布特征
主题 C：图像处理算法与逐层几何重建策略
图3：基于热视频序列的图像分割算法流程与单层轮廓三维重建效果
主题 D：原位监测向闭环控制与工业化的延伸
图4：监测数据反馈至打印控制系统的闭环架构设想及工业放大潜力
共识
原位/在线监测是突破生物打印可重复性瓶颈的必由之路；非破坏性、实时性、对透明材料友好的传感器是下一代生物打印机的标配需求。
争议
热成像信号与生物墨水流变学/细胞活性的定量映射关系尚未建立；不同实验室的硬件集成标准不一，导致监测数据难以横向比对；实时算法的算力需求与嵌入式系统的成本平衡仍是争论焦点。
空白
缺乏跨平台、跨墨水的通用热特征数据库；多模态融合（热+可见光+声学/力学）的协同监测方案尚未成熟；从“形状监测”到“细胞活性/分化状态预测”的跨尺度关联模型仍是技术盲区——这正是高端传感器与智能控制算法的切入机会。
📊 原文配图
原文图 5
图5：原文图5：该图展示了论文的关键内容
原文图 6
图6：原文图6：该图展示了论文的关键内容
与我们的产品
| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| Cellink BIO X | ⭐⭐⭐⭐ | 作为主流挤出式生物打印平台，可直接集成红外热成像模块，向客户提供“带原位质量监控”的升级套件，提升打印成功率与数据可追溯性。 |
| 3Brain HD-MEA | ⭐⭐⭐ | 用于打印后组织/类器官的电生理功能验证。结合热成像确保结构保真度后，利用HD-MEA高通量记录神经/心肌网络的电信号，形成“结构-功能”闭环质控。 |
| Celvivo | ⭐⭐⭐ | 提供打印后活细胞长期培养并动态成像观察，Celvivo 用于监测培养过程中细胞迁移、增殖与基质重塑，验证原位监测对长期生物学稳定性的预测价值。 |
参考文献
- Gugliandolo SG, Prioglio E, Moscatelli D, Colosimo BM. A new solution for in situ monitoring of shape fidelity in extrusion-based bioprinting via thermal imaging. Int J Bioprint. 2024. DOI: 10.36922/ijb.2021
- Santoni S, Gugliandolo SG, Sponchioni M, Moscatelli D, Colosimo BM. 3D bioprinting: current status and trends—a guide to the literature and industrial practice. Bio-Des Manuf. 2021;5(1):14-42. DOI: 10.1007/S42242-021-00165-0
- Levato R, Dudaryeva O, Garciamendez-Mijares CE, et al. Light-based vat-polymerization bioprinting. Nat Rev Methods Primers. 2023;3(1):1-19. DOI: 10.1038/s43586-023-00231-0
- AbouelNour Y, Gupta N. Assisted defect detection by in-process monitoring of additive manufacturing using optical imaging and infrared thermography. Addit Manuf. 2023;67:103483. DOI: 10.1016/J.ADDMA.2023.103483
转发语：透明生物墨水打印总“翻车”？热成像原位监测给出破局思路，结构保真度实时可视，生物打印质控进入新阶段！
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