体积增材制造在细胞打印中的应用
体积增材制造在细胞打印中的应用
学术背景
体积增材制造（Volumetric Additive Manufacturing, VAM）是一种革命性的3D打印技术，能够快速创建复杂的三维结构，尤其是在细胞打印领域，VAM能够模拟天然组织的结构，为再生医学和组织工程提供了新的可能性。然而，尽管VAM技术具有巨大的潜力，但其在工业应用和监管合规方面仍面临诸多挑战。特别是在生物打印领域，如何确保打印组织的安全性、有效性以及规模化生产，仍然是亟待解决的问题。此外，不同国家和地区在VAM技术的监管框架和知识产权保护方面也存在差异，这为技术的推广和应用带来了额外的障碍。
本文由Vidhi Mathur、Vinita Dsouza、Varadharajan Srinivasan和Kirthanashri S. Vasanthan共同撰写，旨在探讨VAM技术在细胞打印中的优势与局限性，并分析其在工业应用中的适用性。文章还特别关注了印度在VAM技术监管方面的不足，呼吁产业界、监管机构和学术界的合作，以制定适合的框架，促进创新并确保安全性和有效性。
论文来源
该论文由Vidhi Mathur、Vinita Dsouza、Varadharajan Srinivasan和Kirthanashri S. Vasanthan共同撰写，发表于ACS Biomaterials Science & Engineering期刊，2025年第11卷，页码156-181。论文的标题为《Volumetric Additive Manufacturing for Cell Printing: Bridging Industry Adaptation and Regulatory Frontiers》。
论文主要内容
1. VAM技术的核心原理与方法
VAM技术通过光敏树脂的全体积照射，能够在几秒钟内生成复杂的三维结构。与传统的逐层打印技术不同，VAM采用无喷嘴的方法，利用数字光处理（Digital Light Processing, DLP）模块生成光图案，并通过旋转玻璃瓶中的树脂进行照射，从而实现局部固化。VAM的主要优势在于其快速的打印速度和克服了传统逐层打印中的几何和表面质量问题。
2. VAM技术的材料选择
VAM技术的材料选择至关重要，材料的透明度和光学密度直接影响打印效果。常用的材料包括丙烯酸酯（acrylates）、环氧树脂（epoxies）、硫醇-烯（thiol-enes）、烧结材料和生物相容性水凝胶（hydrogels）。丙烯酸酯因其高反应性和可调的机械性能而被广泛使用，但其细胞毒性限制了其在细胞打印中的应用。水凝胶则因其良好的生物相容性和细胞存活率，成为生物打印中的主要材料。
3. VAM技术的应用领域
VAM技术在多个领域展现了广泛的应用前景，包括组织工程、再生医学、个性化药物评估和软机器人等。例如，研究人员利用VAM技术成功打印了人耳模型和具有复杂血管网络的生物组织。此外，VAM还被用于快速制造个性化药物片剂，能够在几秒钟内完成打印，显著提高了生产效率。
4. VAM技术的未来展望
尽管VAM技术在打印速度、无支撑打印和高细胞存活率方面具有显著优势，但其在分辨率和材料选择方面仍有改进空间。未来的研究将集中在多细胞和多层打印技术的开发上，同时探索更多类型的生物墨水。此外，如何扩大VAM打印机的构建尺寸，确保光穿透深度足够以实现有效固化，也是未来研究的重点。
5. VAM技术的监管挑战
VAM技术的广泛应用需要解决一系列监管问题，包括安全法规、材料法规、知识产权保护、质量控制和环境法规等。例如，VAM过程中使用的高强度光源和高功率激光可能对操作人员造成辐射和化学暴露风险，因此需要严格的防护措施。此外，材料的生物相容性和环境可持续性也是监管机构关注的重点。
论文的意义与价值
本文全面探讨了VAM技术在细胞打印中的应用，分析了其在工业应用中的优势和挑战，并提出了未来研究的方向。通过强调产业界、监管机构和学术界的合作，本文为VAM技术的推广和应用提供了重要的理论依据和实践指导。VAM技术的进一步发展有望在再生医学、组织工程和个性化医疗等领域带来革命性的突破，推动患者护理和治疗效果的提升。
亮点
- 快速打印：VAM技术能够在几秒钟内完成复杂三维结构的打印，显著提高了生产效率。
- 无支撑打印：VAM技术无需支撑结构，能够轻松打印复杂的几何形状。
- 高细胞存活率：VAM技术在细胞打印中表现出高细胞存活率，为组织工程提供了新的可能性。
- 多领域应用：VAM技术在组织工程、再生医学、个性化药物评估和软机器人等多个领域展现了广泛的应用前景。
结论
VAM技术作为一种新兴的3D打印技术，在细胞打印和组织工程领域具有巨大的潜力。尽管其在工业应用和监管合规方面仍面临挑战，但通过技术创新和跨领域合作，VAM技术有望在未来实现更广泛的应用，推动再生医学和个性化医疗的发展。