在生物科技前沿，中国科研团队和企业正以颠覆性创新，不断突破科学与产业的边界。从体内精准可视化的微小人工血管，到实现靶向给药的微型机器人，再到成功应用于临床的先进仿生关节——这些突破性成果，正在重新定义生物制造的可能性。

在这场重塑生命科学的洪流中，微纳3D打印技术正在构筑生物制造新奇迹。作为创新的制造范式，它兼具显著优势：高效构建复杂仿生结构、极大减少材料消耗、灵活适配小批量生产需求，在效率和成本上实现双重突破。

技术的产业化浪潮中，一批优秀的中国精密制造企业迅速崛起。重庆摩方精密科技股份有限公司专注于高精度微纳3D打印装备及解决方案，正助力全球顶尖科研机构与工业巨头跨越精密制造的鸿沟。

01交叉融合，破解生物材料精度困局

·水凝胶微球，破解血管“堵车”难题

血栓闭塞性脉管炎（TAO）是一种以血管炎症和血栓形成为特征的慢性外周血管疾病，多发于吸烟的年轻男性。该病从四肢远端小血管缺血起病，表现为疼痛、发凉等症状，随着血管闭塞向近端发展，可引发溃疡、坏疽甚至截肢。当前治疗以戒烟为核心，辅以药物改善循环或手术重建血管，但存在复发率高、预后差等局限。近年,间充质干细胞（MSCs）疗法展现出潜力，其通过分泌抗炎和促血管生成因子改善血流与组织修复。然而，缺血微环境中的高活性氧水平会降低干细胞存活率，且肌肉注射易引发免疫排斥，从而导致细胞流失，所以需反复给药。因此，开发一种能保护干细胞免受氧化损伤并增强驻留的新型递送平台，是突破治疗瓶颈的关键研究方向。

针对以上问题，中国科学院上海硅酸盐研究所陈航榕、马明团队开发了一个协同治疗平台——负载氧化铈纳米颗粒（CeNPs）的甲基丙烯酸明胶（GelMA）的水凝胶微球（CeGel），用于MSCs的递送以治疗TAO。团队设计出具有锐针结构（内径200 μm）的微流控芯片，并利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术（nanoArch? S140，精度：10 μm）制作了芯片主体。微通道的几何结构对液体的流动动力学和液滴的生成有着重要影响。该锐针结构可显著增强分散相和连续相之间的界面剪切力，从而实现单分散液滴的稳定生成。随后通过沉淀法制备具有高效活性氧清除能力的CeNPs，继而通过微流控技术将CeNPs与MSCs共包封于GelMA中，构建了复合水凝胶微球MSCs@CeGel。

图. MSCs@CeGel的制备、表征和治疗机制。

上述研究提出了一种将微环境调控和干细胞移植相结合的协同策略，为治疗TAO及其他潜在的相关疾病提供了新的思路。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202408748

·新型光散射抑制机制助力高保真光固化生物3D打印

光固化生物3D打印技术（如：数字光处理，DLP）可精确控制细胞和生物材料在空间中的分布，以此构建复杂几何结构，被广泛应用于组织工程、药物筛选、外科植入物等生物医学研究领域。然而，在DLP打印过程中，光在固液两相界面会产生物理散射，细胞的混入会加剧此种散射效应，导致水凝胶在非目标区域固化，降低了打印精度，使众多生物性能优异且具有小尺度特征（如血管网络和薄壁结构等）的复杂结构难以成型，限制了DLP打印技术在生物医学领域的应用。针对这一挑战，湖南大学机械与运载工程学院韩晓筱教授等提出了一种光吸收与自由基反应协同作用的光散射抑制新机制，并基于此机制开发了一种新型光抑制剂（Curcumin-Na，Cur-Na），降低了载细胞水凝胶光固化打印过程中的光散射效应，将打印精度提高到1.2-2.1像素点，几何误差低于5%，成功制造了各种具有多尺度通道和薄壁网络结构的生物活性功能支架。此外，该方法具有较宽的打印参数窗口，极大地缩短了参数优化过程。

水凝胶生物墨水中传统的光吸收剂能够吸收过量的光能量，防止打印层厚过厚，从而在一定程度上提高垂直方向上的打印精度。然而，传统的光吸收剂难以解决由光散射引起的水平方向上过固化的问题。因此，该研究提出了光吸收与自由基反应协同作用的光抑制机制：保留传统光吸收剂功能的同时并能“抢夺”水平方向上散射光激发的自由基，抑制散射区域的自由基与水凝胶发生聚合反应，防止非目标区域的固化，从而提高水平方向上的打印精度和保真度。团队将添加了Cur-Na的生物墨水应用到摩方精密 microArch S140光固化打印机中，成功地制造了各种复杂结构体（仿生支架，可灌注血管网络，极小三周期曲面等），证明了该光抑制剂在制造具有小尺度特征的功能性载细胞三维支架方面的卓越能力。

图.Cur-Na在打印生物医学应用中常用的复杂三维结构时的分辨率和高保真度

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38838-2

·芳纶纳米纤维增强的强韧、抗疲劳的可3D打印水凝胶

清华大学航天航空学院李晓雁教授和南方科技大学葛锜副教授团队向可3D打印水凝胶前驱体溶液中引入芳纶纳米纤维（ANF），在紫外光下固化后得到了芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料。与未增强的水凝胶相比，仅引入0.3 wt%的芳纶纳米纤维，即可使水凝胶的模量提高约30倍，强度、断裂能和疲劳阈值提高约一个数量级，同时还能够保持较高的断裂伸长率。芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料具有较高的打印分辨率（~ 16 μm）和良好的生物相容性，并且在加入电解质后具有导电性，能够作为生物体内的柔性电子器件进行应用。

团队成员使用摩方精密公司的microArch S240微立体光刻光固化3D打印设备，制备了具有复杂几何形状的点阵结构，其中3×3×3的gyroid和IWP点阵结构的壁厚分别为~350 μm和~330 μm，3×3×3的octet点阵结构的杆径为~650 μm，同时还制备了人类心脏结构，壁厚范围为150-300 μm。通过细胞实验表明，加入芳纶纳米纤维后，水凝胶复合材料依然具有良好的生物相容性。与其它基于DLP技术的可3D打印水凝胶相比，芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料展现出优异的力学性能和打印分辨率，改善了可3D打印聚丙烯酰胺水凝胶力学性能弱的不足。

图.芳纶纳米纤维增强的水凝胶复合材料的3D打印、生物相容性和性能对比

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.07.020

02增长引擎，用中国精度点“水”成金

在精密制造领域，多方合力方能推动颠覆性创新。摩方精密高精度微纳生物3D打印系统：nanoArch? S140 BIO，将生物制造精度带入10微米级别，并成功实现≤5微米的活细胞高精度打印，突破现有生物制造精度极限。

系统为再生医学与组织工程、药物研发、基础科研等提供强大的定制化支持，推动再生医学从“替代修复”迈向“功能再生”。随着人口增长和人们对健康方面需求的不断提高，结合微纳3D打印技术的生物制造以其高精度定制化能力，有望在组织功能修复、个体化诊疗等领域提供精准方案，加速精准医疗与新业态发展，为提升生物制造这一战略性新兴产业的新质生产力注入核心动能。