隨著新打印技術的發展，多材料生物3D打印技術正在不斷發展中。在現有生物3D打印方法的基礎上，通過重新設計、多功能設備結合組裝從而形成擁有新的功能的復合打印技術。該技術還可以隨著打印技術的發展，根據需要更換打印單元。目前，人體組織構建的制造技術已經有兩種組合，一種是基于擠出和噴墨技術的復合制造方法用于皮膚打印，另一種是基于光固化和擠出的復合制造技術，用于構建含細胞的水凝膠結構。可以預見，在未來的多材料生物3D打印領域，微擠壓、噴墨、立體光刻和基于微流控的生物3D打印等多種工藝的復合制造將是主要趨勢之一。

想要了解生物3D打印，首先要對它有個基本的概念。生物3D打印是什么？要說明這個問題，我們首先要清楚生物3D打印的定義。廣義上來講，一切使用3D打印技術來實現的生物醫學應用都屬于生物3D打印范疇之內的東西，我們見過的一些3D打印制造的醫療輔助工具以及骨骼替代物都屬于廣義角度的生物3D打印。狹義上來講，生物3D打印是指通過打印這一過程實現細胞的三維結構成型，也就是我們常說的細胞打印或器官打印，現階段大多數與生物3D打印相關的研究都是從狹義角度開展的。

數字光處理（DLP）生物打印適用于構建具有復雜結構的組織，但是針對軟組織的生物打印中，一直存在著難以在保證生物墨水打印性和打印結構復雜性的同時為其中的細胞提供適宜的微環境，成為DLP生物打印制造軟組織的重要挑戰。

本文來自本刊主編院士團隊，介紹了一種可實現多工藝多材料同步構建的新型生物3D打印方法，該方法可以支持多種生物材料的同步沉積打印。本研究提出的多材料生物制造方法非常靈活，可適用于基于天然生物材料、合成生物材料、細胞聚集體或復合材料的生物墨水，并能準確復現異質組織的復雜組成。模塊化的噴頭設計增加了組合打印方法的靈活性，可以將擠出式、噴墨式、光固化式、靜電紡絲等多種打印技術融合到打印過程中，也可根據制造精度或所選生物材料的要求進行個性化定制。利用上述功能完備的混合生物3D打印系統，可以實現在同一打印平臺上構建無法用單一工藝打印的復雜異質組織或器官。

利用改造后的生物打印機，研究人員能夠制造出一個復雜形狀的血管支架，而不會造成細胞損傷或阻止細胞生長和功能，這是目前生物打印方法的常見挑戰。通過3D生物打印的血管化心臟組織可以在6個月內保持活力和跳動，表明它有望成為未來生物打印功能組織和器官的一種可行方法。

生物3D打印是生物制造領域的一項重要技術，旨在創建功能性仿生結構。靈活自由、豐富多樣且功能的生物3D打印技術通過將細胞、生物材料或生長因子組裝成生物墨水來制造復雜的生物結構[1,2]。傳統的生物3D打印技術現在面臨著諸多挑戰，包括打印水凝膠結構整體機械穩定性與構建體的生物微環境仿生程度和打印組織/器官的血管化等問題。科研人員已經普遍意識到，僅用單一材料構建功能齊全的組織/器官是不現實的。天然組織器官的復雜生物材料組成和細胞多樣性，使得單一材料生物3D打印技術無法滿足其體外構建的需求[3]。

采用單一工藝進行生物制造很難突破各種生物墨水材料帶來的限制。為了充分發揮不同生物材料的特性，將多種打印工藝結合到一個裝備平臺上是有意義的。而且復雜異質組織器官具有宏-微-納復合拓撲結構，難以用一種打印手段對各級精細結構進行完美呈現，因此我們需要將多種生物3D打印手段結合起來進行制造，譬如集成擠出式打印的多重墨水適配性與噴墨式打印的性可以對細胞和生物材料的空間分布進行更好的調控。現階段我們僅能找到很少的案例進行過此類嘗試，包括數字光處理（DLP）和擠出、擠出與靜電紡絲的組合[6,7]，而這對于體外制造活性組織是遠遠不夠的。

生物3D打印（3DBioprinting）技術利用3D打印機將含有細胞和生物材料的生物墨水（Bioink）打印出特定的形狀結構，是最有希望實現在體外制造人類器官的新興技術之一。然而，目前的生物3D打印機技術還無法制造具有生理功能且能夠長期存活的復雜器官，其主要原因是現有的生物3D打印機只能在水平和豎直方向上地打印細胞，無法實現細胞和血管的有機融合，從而導致打印后的細胞缺少營養供給而難以長期存活。此外，為使逐層打印的生物墨水能夠快速固定成型，現有生物3D打印技術均需在生物墨水中添加可固化的生物材料，這些材料雖然可以在短時間內固定細胞，但會顯著影響細胞存活和功能。

為了解決當前存在的難題，本研究設計了一種基于多個噴頭獨立控制的生物3D打印方法，該方法可以支持多個噴頭的同時打印。模塊化設計增加了組合打印方法的靈活性，可以根據制造精度或所選生物材料的要求進行定制（如圖1所示）。本文提出的多材料生物制造方法非常靈活，適用于基于天然生物材料、合成生物材料、細胞聚集體或復合材料的生物墨水，并能準確再現異質組織的復雜組成。由于采用模塊化設計方法，同軸打印和嵌入式生物3D打印技術也可以輕松應用從而實現更復雜的人體組織/器官的構建。此外，還可以通過模塊化設計引入其他基于噴嘴的打印方式，如基于液滴的擠出、靜電紡絲等技術，以實現工藝融合的復合制造。

除了過程中的復合制造，多材料生物3D打印技術還可以通過使用更先進的材料來得到進一步發展，利用自組裝材料實現含細胞精細微結構或生物特異性組織。研究表明，使用自愈性懸浮液可以更自由地在液體中構建復雜結構。此外，多材料生物3D打印可以通過犧牲墨水材料、實現多層管狀血管的構建，以及引入響應材料作為生物墨水來實現4D打印在生物制造中的集成，從而改進當前的單一材料設計。

生物打印是3D打印技術中重要的分支，指將細胞、生長因子及支架結合在一起形成完整的整體結構，同時能實現不同類型細胞在支架內部的準確定位，通過細胞、生長因子及支架之間的相互作用，通過軟件分層離散和數控成型的方法將生物材料和"生物墨水"定位裝配，從而制造出個性化醫療器械、輔助器具、組織工程支架、組織器官甚至生命體等制品，實現組織功能化。通俗來講，就是通過3D打印技術，將含有活細胞的生物相容性材料打印成三維功能化的活組織。在再生醫學領域，3D生物打印具有獨特優勢。

利用上述功能強大的復合生物3D打印平臺，可以構建一些單一方法無法打印的復雜異質組織/器官。作為演示，使用所提出的基于多噴頭的多材料打印方法打印全層血管化皮膚補片模型和三層管狀類血管模型。如圖2a所示，設計的皮膚補片模型可以通過傳統擠出、同軸擠出、噴墨和基于光輔助的打印技術結合來制造。圖2ai-2aiv表示皮膚補片模型的層、皮下血管、微血管層和表皮層的構建。可以發現，構建全層血管化皮膚補片模型所需的生物材料因層而異，而本文的多材料生物3D打印技術能夠在合理的短時間內準確復現實際皮膚組織模型。

物打印技術應用于生物醫療，初期只能打印包括骨、軟骨、血管神經、肌腱、牙齒和皮膚組織等的3D支架，目前已經逐步發展到可以打印如肝、腎、心臟等具有較復雜結構和生物組成的器官原型。