泡沫内生物打印：一种具有自移除支撑浴的嵌入式生物打印技术
Elias Madadian, Ali Ahmadi, et al. | Small Science 2024 | DOI: 10.1002/smll.202400072
标签: #3D生物打印 #嵌入式打印 #白蛋白泡沫 #支撑浴 #Cellink
一、做什么 🔬
核心科学问题
嵌入式生物打印（如 FRESH 技术）利用支撑浴（Support Bath）来解决软质生物墨水在打印过程中的塌陷问题。然而，传统的支撑浴（如 GelMA 颗粒浆液）往往粘度极高，打印完成后难以清洗，容易导致精细结构的破坏。如何实现**“既能在打印时提供强力支撑，又能在打印后轻松、无损地移除”**，是该技术面临的一大挑战。
实验设计
研究团队开发了一种基于白蛋白（Albumin）泡沫的新型支撑浴：
- 泡沫制备：利用机械搅拌使白蛋白变性并引入空气，形成稳定的微米级气泡网络。这种泡沫具有剪切稀化特性，允许打印头轻松穿过，同时在静止时提供足够的屈服应力来支撑悬空结构。
- 自移除机制：泡沫的独特之处在于可以通过**负压（抽真空）**使气泡破裂（Coalescence），从而瞬间液化。这意味着打印完成后，只需抽真空即可让支撑浴从“固态”变为“液态”，轻松倒出或吸出，避免了繁琐的清洗过程。
- 打印验证：在泡沫中打印了晶格、星形、血管分支等多种复杂几何结构。
- 生物相容性：使用含有细胞的生物墨水打印，验证了白蛋白泡沫对细胞活力的保护作用（相比对照组，白蛋白泡沫显著提高了细胞的长期存活率）。
为什么值得读
- 自移除（Self-Removable）：这是本文最大的亮点。通过简单的负压即可移除支撑浴，极大地简化了嵌入式打印的后处理流程，降低了精细结构受损的风险。
- 细胞保护：白蛋白本身是细胞培养中的重要成分，泡沫环境能有效防止打印过程中的机械损伤和渗透压休克。
二、发现什么 📊
图1：工作流程。1) 机械搅拌制备白蛋白泡沫；2) 形成稳定的微米气泡支撑浴；3) 在泡沫中打印生物墨水（In-Foam Bioprinting）；4) 抽真空移除泡沫并回收打印结构。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 利用白蛋白溶液制备泡沫，并在其中进行嵌入式 3D 打印。 |
| 发现什么 | 泡沫在静止时能完美支撑悬空结构，打印完成后通过负压抽真空即可使泡沫破裂液化，实现无损回收。 |
| 说明什么 | 这种“自移除”机制解决了传统嵌入式打印清洗困难的痛点，具有极高的工艺优势。 |
图1→图2的逻辑：泡沫的性质决定了打印质量，需要验证其流变学特性。
图2：泡沫表征。A-B) 泡沫的显微结构与气泡大小分布；C-D) 泡沫随时间的粗化过程；E-F) 液体析出（Drainage）动力学。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 观察泡沫的微观形貌，并测试其在 100 分钟内的稳定性（气泡粗化和液体析出）。 |
| 发现什么 | 初始气泡直径约 100 μm，分布均匀。随着时间推移，气泡逐渐变大（粗化），但白蛋白泡沫表现出一定的稳定性，液体析出速率随时间减缓。 |
| 说明什么 | 泡沫具有足够的寿命来完成打印过程，且其流变特性适合用作牺牲性支撑材料。 |
图2→图3的逻辑：验证了泡沫的稳定性，接下来看实际的打印效果。
图3：打印结果。A) 打印的晶格、星形、血管分支等多种复杂结构；C) 支撑浴的移除过程（泡沫液化 -> 抽真空 -> 留下结构）。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 在泡沫中打印各种几何形状，并演示了抽真空移除支撑浴的过程。 |
| 发现什么 | 打印出的结构形态完整，无塌陷。抽真空后，支撑浴瞬间液化被移除，结构完好无损地留在培养皿底部。 |
| 说明什么 | 证明了该技术在复杂组织构建中的可行性，以及自移除机制的高效性。 |
图3→图4的逻辑：打印没问题，里面的细胞活得好不好？
图4：Live/Dead 染色。对比无泡沫对照组与 8% 白蛋白泡沫组在 30 min、4 h 和 24 h 的细胞存活率。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 将细胞置于泡沫环境中，对比不同时间点的存活情况。 |
| 发现什么 | 24 小时后，无泡沫对照组的细胞大量死亡（存活率 ~20%），而 8% 白蛋白泡沫组细胞保持高存活率（~90%）。 |
| 说明什么 | 白蛋白泡沫不仅提供了物理支撑，还为细胞提供了优良的营养和保护环境，显著优于传统支撑材料。 |
图4→图5的逻辑：短期存活没问题，长期培养呢？
图5：7天 Live/Dead 染色对比。在 Day 1, 4, 7 观察不同浓度白蛋白环境下的细胞生长情况。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 将打印后的结构进行长达 7 天的培养，观察细胞增殖。 |
| 发现什么 | 8% 和 12% 白蛋白组在 7 天内均保持了极高的细胞密度和存活率，而对照组（30 min 延迟处理）细胞活力显著下降。 |
| 说明什么 | 这种泡沫内打印技术不仅能保护细胞免受打印损伤，还能支持细胞的长期增殖和组织成熟。 |
三、说明什么 💡
1. 结论与意义
- 自移除是未来趋势：通过物理相变（泡沫->液体）来移除支撑浴，比化学清洗或机械冲洗更安全、更温和，极大地提高了生物打印的成功率。
- 白蛋白的多功能性：既是结构材料（泡沫），又是营养材料（保护细胞），实现了“支撑 - 保护”双重功能。
2. 与我们的产品关联 💰
| 产品 | 关联度 | 应用场景与话术建议 |
|---|---|---|
| CELLINK BIO X6 | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 核心工具：嵌入式打印是 BIO X6 的一大应用场景（搭配 FRESH 模块）。 话术：“这篇 Small Science 展示了嵌入式打印的新高度——自移除支撑浴。BIO X6 完美支持这种打印模式，配合我们的 FRESH 套件，您不仅能打印悬空结构，还能探索这种创新的支撑浴技术。” |
3. 转发语
Small Science 2024：告别繁琐清洗！白蛋白泡沫作为“自移除”支撑浴，嵌入式打印后抽真空即可无损回收。细胞存活率高达 90%，生物打印工艺的新突破！🫧🖨️
参考文献
- Madadian E, et al. In-Foam Bioprinting: An Embedded Bioprinting Technique... Small Science. 2024. DOI: 10.1002/smll.202400072
联系人：李东伟
📞 18045130660 🌐 https://www.biokingdom.top