EFL课题组生物3D打印研究阶段性工作总结 生物 3D 打印（ 3DBioprinting ）又称“生物增材制造”，从广义上来分，生物 3D 打印大致可划分为四个层次：第一层次为制造无生物相容性要求的结构，比如目前有广泛应用的手术路径规划用产品的 3D 打印、手术导板等；第二层次为制造有生物相容性要求，不可降解的制品，比如钛合金关节、缺损修复的硅胶假体等；第三层次为制造有生物相容性要求，可降解的制品，比如活性陶瓷骨、可降解的血管支架等；第四层次就是狭义生物 3D 打印，即操纵活细胞构建仿生三维组织，比如打印药物筛选及机理研究用的细胞模型、肝单元、皮肤、血管等。 开发合适的生物墨水一直是生物 3D 打印中的一个核心问题，浙江大学贺永教授课题组多年从事生物 3D 打印研究，已成功实现 GelMA 基“生物墨水”的产业化，解决了生物墨水的批次差异性大、批量化稳定性差等问题，被国内外百余个课题组所应用。生物墨水作为典型的软物质材料，可打印性一直是研究的焦点所在，该课题组对可打印性进行了系统的研究，从墨水的调控、打印中的误差控制、研究精准成形工艺等角度对生物墨水的可打印性展开了系列研究，实现了水凝胶精确打印及单细胞分辨率的操控（图 1 ） 。 图 1 GelMA 水凝胶复杂结构打印 GelMA基生物墨水 活性组织内遍布的各类血管是器官保持活性的根本，只有有效的加工出相似的血管网络才有可能实现营养的有效输送，确保 3D 打印后形成一个真正的活性器官。 常见的方法是先制造类似血管的流道结构，然后包覆在凝胶结构中，或者是基于牺牲工艺的流道构建技术。但是这些方法需要的工艺过程复杂，无法实现支架结构和流道网络的同时打印，难以在内部构造有效的流道。贺永课题组提出了一种全新的基于中空凝胶纤维融合工艺的细胞打印方法，实现了支架结构和流道网络的同时成形（图 2 ）。通过课题组自行研发的三维打印机，利用同轴喷头制造出中空凝胶纤维，通过三维打印平台控制中空凝胶纤维的沉积位置以及控制凝胶反应的交联时序，使中空凝胶纤维融合一起形成具有内置流道的三维结构。课题组通过大量的工艺实验，系统解决了凝胶融合工艺；证实了融合后的凝胶结构强度适合于器官打印要求；并通过后续的细胞培养验证了营养通道的有效性 。在本方法的基础上，课题组提出了一种血管 3D 打印工艺，该工艺能实现宏微跨尺度血管结构的打印，宏观流道可用于各种机械力的加载，微观通道可用于营养输送以及化学物质的加载。课题组通过大量的工艺实验，系统解决了跨尺度血管结构的成型问题，成功构建出了含成纤维、平滑肌及内皮细胞的三层血管结构 ，进一步的课题组建立了体外血管模型， CD31 、 Vinculin 及 Ve-Cadherin 抗体染色表明，已成功构建出了接近体内血管功能的血管芯片。随后通过炎症诱导因子的加载，模拟了动脉粥样硬化等病理条件下血管的炎症反应 。在相关工作的推动下，同轴生物 3D 打印方法已经发展成为一个新兴的研究方向。 图 2 同轴生物 3D 打印方法 类器官是药物评价、器官病变机制等研究的有效工具，课题组发 明了一种气流辅助异质螺旋微球类器官的成型工艺（图 3 ）， 首次实现了 在微球内构造出复杂的活性结构 。该方法 精度可达到单细胞分辨率，为类器官的高效及精准构建提供新思路，相关工作刊登在 Small 杂志上并被选为封底论文 。 课题组受到旋绳效应的启发，实现了 GelMA 材料异质微纤维的制造，可打印多种组分，多种形态的纤维状迷你组织。在微纤维中包裹了内皮细胞，内皮细胞在很短的时间内即可迁移到纤维表面，形成螺旋等各种微血管结构 。此外，课题组提出了电场辅助的 GelMA 微球制造方法，解决了低浓度 GelMA 成形的难题。通过细胞包裹、药物控释、生物 3D 打印三个典型案例展示了 GelMA 微球在组织工程领域的潜在应用 。 图 3 气流辅助异质微球类器官的成型工艺 生物 3D 打印的组织结构除了在器官发育机制、病变机理、药物评价领域有众多应用外，课题组一直在思考如何将载细胞打印变成成标准的临床产品。从临床产品视角出发，我们认为打印的结构需要满足： 1 ）包裹细胞的水凝胶材料生物性能优异，便于让包裹的细胞发育出功能； 2 ）打印工艺简单稳定，可量化稳定制造； 3 ）打印后的结构可长期储存，能像创可贴一样随取随用。由于水凝胶纤维结构简单，易于营养渗透及包裹细胞的功能化，我们认为水凝胶纤维是非常有潜力成为临床产品的结构。围绕这三个需求，课题组选用高生物活性的 GelMA 水凝胶作为细胞包裹材料，在纤维上成功实现了血管类器官、毛细管新生（血管出芽）、血管化肿瘤等结构的构造，证明了 GelMA 载细胞结构可以高效的实现细胞的功能化；开发了同轴打印工艺，可稳定、大批量地制造 GelMA 纤维，实现载细胞纤维的量化生产；制备的载细胞纤维还可通过冻存长期稳定的保存，取出后又可快速恢复功能，这样可建立一个载细胞微纤维银行，实现随取随用。相关工作刊登在 Advanced Heathcare Materials 杂志上并被选为封底论文 。 图 4 产品化载细胞 GelMA 纤维的要求 基于以上研究，课题组已发表相关论文 20 余篇（ 3 篇封面），撰写著作 1 部 ，如图 5 所示。此外，为了降低医学人员使用生物 3D 打印机的门槛，课题组还联合苏州智能制造研究院产业化了 EFL-BP 系列模块化生物 3D 打印机（图 6 ），其最大特点是可直接置入超净工作台，功能通过模块可灵活配置，操作简单易用。可搭载气动、挤出、高精度直写（ 3 到 5 微米打印精度）、光固化等喷头，支持细胞、水凝胶、生物陶瓷、 PLA 、 PVA 、 PBS 等材料。 图 5 课题组撰写的专著及发表的论文封面 图 6 苏州智能制造研究院推出的 EFL-BP 系列生物 3D 打印机 （ a ） BP66 系列挤出式打印机；（ b ） BP58 系列高精度（2微米精度）打印机；（ c ） BP86 系列（全球首款商业化投影式光固化生物 3D 打印机） He Y, Yang F F, Zhao H M, et al. Research on theprintability of hydrogels in 3D bioprinting . Scientific reports, 2016, 6:29977. Gao Q, Niu X, Shao L, et al. 3D printing of complexGelMA-based scaffolds with nanoclay . Biofabrication, 2019,11: 035006 . Gao Q, He Y, Fu J, et al. Coaxial nozzle-assisted 3Dbioprinting with built-in microchannels for nutrients delivery .Biomaterials, 2015, 61: 203-215. Gao Q, Liu Z, Lin Z, et al. 3D bioprinting of vessel-likestructures with multilevel fluidic channels . ACS biomaterials science engineering, 2017, 3(3): 399-408. Nie J, Gao Q, Wang Y, et al. Vessel ‐\ on ‐\ a ‐\ chip with Hydrogel ‐\ based Microfluidics .Small, 2018, 14(45): 1802368. Zhao H, Chen Y, Shao L, et al. Airflow ‐\ Assisted 3D Bioprinting ofHuman Heterogeneous Microspheroidal Organoids with Microfluidic Nozzle .Small, 2018, 14(39): 1802630. Shao L, Gao Q, Zhao H, et al. Fiber ‐\ based mini tissue withmorphology ‐\ controllableGelMA microfibers . Small, 2018, 14(44): 1802187. Xie M, Gao Q, Zhao H, et al. Electro-Assisted Bioprintingof Low-Concentration GelMA Microdroplets . Small, 2018: 1804216. Shao L , Gao Q , Xie C , etal. Bioprinting of Cell-Laden Microfiber: Can It Become a Standard Product? . Advanced Healthcare Materials, 2019: 1900014 贺永，傅建中，高庆著. 生物3D打印：从医疗辅助制造到细胞打印，华中科技大学出版社，2019
生物3D打印课题组2018年度回顾 回顾18年，课题组收获满满。应该说这几年我们脚踏实地，一步一个台阶。经过几年的积累，课题组今年可稳定的在高水平期刊上发表系列的生物3D打印学术论文，出版了一本生物3D打印专著。在技术转化方面，课题组提供的生物墨水及生物3D打印解决方案也已在国内外几十个课题组成功应用。 感谢课题组各位同学的辛苦工作，感谢各位师长，各位同事的关心和帮助。 1. Small （IF=9.6） 封底，类器官的生物3D打印新方法 一句话概括 ：多细胞异质结构可以在微球上打印，精度可达单细胞分辨率，为类器官的高效及精准构建提供新思路； 论文信息 ： ZHAO, Haiming, et al. Airflow ‐ Assisted 3D Bioprinting of Human Heterogeneous Microspheroidal Organoids with Microfluidic Nozzle. Small , 2018, 14.39: 1802630. 2. Small （IF=9.6），以水凝胶为材质的微流控芯片及其上构建的血管芯片 一句话概括 ：为水凝胶微流控芯片提供了一种可行的制造方法，构建了血管芯片，建立了动脉粥样硬化的体外疾病模型。 论文信息 ： NIE, Jing, et al. Vessel ‐ on ‐ a ‐ chip with Hydrogel ‐ based Microfluidics. Small , 2018, 14.45: 1802368. 3. Small （IF=9.6），基于微纤维的迷你类器官 一句话概括：以GelMA生物水凝胶为生物墨水，发展出异质凝胶纤维的高通量打印方法，建立了体外的血管模型。 论文信息： SHAO, Lei, et al. Fiber ‐ Based Mini Tissue with Morphology ‐ Controllable GelMA Microfibers. Small , 2018, 14.44: 1802187. 4. Small （IF=9.6），电场辅助生物打印高生物活性微球 一句话概括 ：发展了一套可量化生产的微球制造方法，可用于载细胞微球、药物控释及生物3D打印。 论文信息 ： XIE, Mingjun, et al. Electro‐Assisted Bioprinting of Low‐Concentration GelMA Microdroplets. Small , 2018, 1804216. 5. Biofabrication （IF=6.8），可像乐高积木式进行模块化组装的3D微流控芯片 一句话概括 ：提出了模块化芯片3D打印新方法，以毛细驱动液体的方式解决了原有思路中易漏液、难组装等瓶颈。 论文信息 ： NIE, Jing, et al. 3D printed Lego®-like modular microfluidic devices based on capillary driving. Biofabrication , 2018, 10.3: 035001. 6. ACS Applied Materials Interface （IF=8.0），液体金属3D打印新思路 一句话概括 ：提出液态金属同轴3D打印新思路，解决打印中液态金属易氧化，难封装等瓶颈问题。 论文信息 ： ZHOU, Luyu, et al. 3D Printed Wearable Sensors with Liquid Metals for the Pose Detection of Snakelike Soft Robots. ACS applied materials interfaces , 2018. 7. Journal of Dental Research （IF=5.4），颌面缺损的个性化定制修复 一句话概括 ：首次实现了可降解骨的个性化修复，解决了可降解骨缺损修复中强度过低、降解过快等导致的系列难题。 论文信息 ： SHAO, Huifeng, et al. Custom Repair of Mandibular Bone Defects with 3D Printed Bioceramic Scaffolds. Journal of dental research , 2018, 97.1: 68-76. 8. Materials Design （IF=4.5），纳米结构可控形貌制造 一句话概括 ：将静电纺丝与3D打印模具相结合，通过可控发泡实现了三维纳米支架的可控制造。 论文信息 ： GAO, Qing, et al. Fabrication of electrospun nanofibrous scaffolds with 3D controllable geometric shapes. Materials Design , 2018, 157: 159-169. 8. 生物3D打印专著：生物3D打印：从医疗辅具制造到细胞打印，华中科技大学出版社
3D 打印微流控芯片及其在化学、生物中的应用进展（Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistry and Biology a Review） 36 Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistry and B.pdf 去年受 Electroanalysis 杂志副主编 José MPingarrón 教授的约稿，花了大半年的时间对 3D 打印微流控芯片的研究进展进行了梳理，结合了自己在研究过程中的一些理解，写了这篇综述 “Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistryand Biology: a Review” 。虽然尽力查阅了相关文献，但仍不免有所遗漏，尤其是由于发表周期的问题，近期的一些进展可能没有述及。 微流控芯片 (MicrofluidicChip) 是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域，又称为微全分析系统、微流体芯片等。基于 MEMS 工艺的微制造技术在微流控芯片中获得了广泛的应用，但随着时间的发展现有的微流控制造方法也慢慢暴露了很多缺点。主要体现在维度限制（制造三维微流控芯片比较困难）及小批量制造的成本居高不下。因而随着 3D 打印技术的发展，采用 3D 打印制造微流控芯片越来越可行与方便。 本篇综述的目的主要有：（ 1 ）梳理现有的 3D 打印技术，对各类 3D 打印技术适合于制作那种类型的微流控芯片进行分析，目的是帮助微流控研究人员更好的选择适合的 3D 打印工艺；（ 2 ）梳理现有 3D 打印微流控芯片进展，包括其在化学及生物学中的应用；（ 3 ）结合自己的理解，对 3D 打印微流控芯片的发展做些展望与预测，特别是以后可能会获得大幅发展的 3D 打印微流控芯片技术。 1 熔融沉积（ FDM ） 3D 打印方式的微流控芯片制造 挤出成型 3D 打印方法中， FDM 打印技术目前应用最为普遍，成本也最为低廉，售价通常在 3000RMB-1000RMB ，故而常被称为桌面式 3D 打印机。如能使用 FDM 打印机很好的解决微流控芯片的制造问题，无疑非常实用、非常方便。当然 FDM 桌面式 3D 打印机的缺点是精度不高，直接用来打印芯片通常会出现泄漏等问题，使用合适的打印材料，可以部分的避免这个问题。另一个方法是使用 FDM 打印打印模具，如觉得模具精度不高，可进行二次抛光，用作快速制造微流控芯片还是比较方便的，需要声明的是，该方法制造芯片的精度大概在几百微米之间。 基于 FDM 工艺打印的微流控芯片 2 光固化 3D 打印方式的微流控芯片制造 光固化 3D 打印方式中 SLA 价格比较贵，不够亲民。而 DLP 工艺近几年发展迅速，有普及的趋势，目前价格也就在 1 万 RMB-5 万 RMB 左右，精度也可控制在几十微米。个人觉得 DLP 工艺的 3D 打印机比较适合于微流控芯片制造，当然光固化树脂的一些特性可能会限制光固化打印微流控芯片的部分应用，而这也是研究人员可以努力的方向哈。基于 DLP 工艺，透明的微流控芯片、内置的 3D 流道相对容易制造出来，具体的部分技术细节还需进一步探索。我比较看好 DLP 技术在微流控芯片制造中的应用。 基于光固化工艺制造的微流控芯片 3 选择性激光烧结 3D 打印方式的微流控芯片制造 由于该方式主要烧结金属材料，价格较贵，在微流控中报道不多，主要见于微反应器的报道。个人觉得用于燃料电池的制氢微反应器可考虑使用这个工艺制造。 4 基于喷墨 3D 打印方式的微流控芯片制造 喷墨 3D 打印有两类成型方式，一类是通过喷射粘结剂粘附颗粒实现 3D 结构制造，这个工艺中液体渗漏是一个问题，个人认为不太适合于芯片制造。另一类是喷射光固化液滴，利用 UV 光固化，这个制造方式接近于前述的光固化工艺，但由于多喷头的作用使得彩色 3D 结构的打印不再是难题。该工艺制造微流控芯片同样有不少报道，理论上将可基于该工艺实现芯片上一些抗体、反应物等的同时打印，我们期待后续会出现这方面的报道。 基于喷墨光固化的微流控芯片 3D 打印 5 叠层制造 3D 打印方式的微流控芯片制造 叠层制造原来是指将切好截面的纸张叠加起来实现 3D 结构的制造，基于该原理可手工制造出芯片的每部分，然后将其叠加起来。个人觉得如果是手工制作，归类于 3D 打印有点勉强。不过目前的有一种融合了基于切纸的叠层制造及喷墨打印工艺的 3D 打印机有望在 3D 纸芯片的制造中获得应用，理论上讲使用喷墨打印头可方便的在纸上沉积各种试剂、而切纸工艺可方便的制造三维纸芯片结构，我很期待后续会有这方面的报道。 6 双光子聚合 3D 打印方式的微流控芯片制造 该工艺精度高，能制造微纳米尺度的流道，可惜受限于设备成本及商业化应用稍显狭窄的问题，该方法还需要成熟期，未来能否有较多的应用还有待观察。 基于叠层制造及双光子聚合的微流控芯片 3D 打印 7 3D 打印生物微流控芯片 /3D 打印生物 MEMS 3D 打印生物微流控可大体分为器官芯片打印及生物打印中的血管化。前者主要目标是在芯片上模拟出器官组织，用于药物筛选等。而后者主要是为了解决器官制造中的营养输送或者说是血供问题。 课题组的生物打印血管化研究工作，同样可用于器官芯片的直接打印 参考文献 116 的血管化工作 8 3D 打印微流控芯片优缺点 Method Principle Material Advantages Disadvantages Suitable microfluidics FDM Extrusion -based Thermoplastic, eutectic metal,ceramics, edible material, etc. Simple using and maintaining, low cost, easily accessible Rough surface, low resolution Mold casting, channel size larger than 200μm, Low-cost chips SLA DLP Photocuring Liquid photosensitive resin High accuracy Limited resin, unbio-compatible Mold casting, Channel size larger than 100μm 3DP-LR Inkjet-based Liquid photosensitive resin High accuracy Very expensive Transparent chips SLS SLM Photomelting Powdered plastic, metal, ceramic, PC, acrylic styrene, PVC, ABS wax, etc. Wide adaptation of materials, high accuracy, high strength Very expensive Reactor with high temperature LOM Paper cutting Sheet material (paper, plastic film, metal sheets, cellulose etc.) Low cost, easy to manufacture large parts Time-consuming, low material utilization 3D μPADs with different agents 3DP-P Inkjet-based Powdered plaster, ceramics sugar etc. Colorful printing Post surface treatment, low strength Unsuitable LDW Two-Photon Polymerization Process Laser-based Glass, fused silica etc. High accuracy Expensive Situations need high accuracy 9 3D 打印微流控芯片展望 个人认为后续 3D 打印微流控芯片有 6 个趋势 其一、从二维面芯片过渡到三维体芯片；其二、直接打印凝胶材质的微流控芯片；其三、针对微流控需要的 3D 打印工艺将会开发得到更多的重视；其四、基于打印工艺直接集成传感器及制动器到微流控芯片中；其五、基于 3D 打印的微流控芯片模块化组装；其六、纸芯片的 3D 打印封装，构成便携式 POC 系统。 更详细的探讨可参考我们发表的论文，欢迎感兴趣的同行交流。
课题组聚焦于制造学科与生物学科交叉领域，尤其是器官芯片制造，期望通过在微流控芯片上构造器官原型（器官芯片），在实验室环境下重现各种疾病的微环境，可广泛应用于药物研发、致病机理研究、细胞发育机制探讨等领域，为生物医学相关学科的研究提供基础支撑。主要围绕 三维微流控芯片制造新方法、生物仿生结构3D打印制造新方法、生物3D打印装备的关键技术 展开研究。 一、三维微流控芯片制造新方法 1 、 基于牺牲层工艺的微流控芯片制造方法， 通过 PDMS 与牺牲层材料混合打印，能够快速而低成本的构造生物兼容性好的 3D 微流控芯片， 所打印的芯片在细胞立体培养方面具有较大的优势。 2 、 基于光敏印章印刷方法的微制造方法， 将日常生活中常用的光敏印章引入微制造领域， 通过多次复合曝光可实现不同尺度微结构的嵌套加工 ，通过调整曝光掩膜的灰度，可实现不同深度微结构的一次性成型。非常适合于功能微结构的快速制造，可作为软刻蚀及微浇注等工艺的复制模板。 3 、 基于动态掩膜的微流控纸芯片制造方法 ，将桌面式 3D 打印机引入纸芯片的制造中，通过正反面固化， 可实现 1min 内快速制造好一张复杂的纸基微流控芯片 。 4 、微热压成型技术作为一种低成本微流控芯片制造方法，应用极其广泛。课题组较早的开展了热压成型相关技术研究。 建立了压印过程模型、揭示了微压印过程中聚合物流变特性与压印质量及压印效率间的内在关系、提出了模具拓扑优化策略、优化了压印工艺、降低了微热压成型缺陷。 相关论文： 1. He Y , Xiao X, Wu Y, et al. A facile and low-cost microfabrication material: flash foam . ScientificReports , 2015, 5. 13522. (SCI, IF=5.578) 2. He Y , Wu Y,Xiao X, Fu J Z, GuangHuai Xue. A low-cost and rapid microfluidic paper-basedanalytical devices fabrication method: Flash Foam Stamp Lithography . RSC Advances , 2014, 4(109):63860-63865. (SCI,IF=3.84) 3. He Y , Wu Y,Xiao X, Fu J Z * et al . Fabrication of Paper-BasedMicrofluidic Analysis Devices: a Review . RSC Advances, 2015, 5(4),78109-78127 (SCI, IF=3.84) 4. He Y , Wu W B,Fu J Z. Rapid fabrication of paper-based microfluidic analytical devices withdesktop stereolithography 3D printer . RSCAdvances , 2015, 5(4), 2694-2701. (SCI, IF=3.84) 5. He Y , Qiu J J, Fu J Z, Zhang J et al . Printing 3D microfluidic chip with a sugar 3D printer . Microfluidics and Nanofluidics , 2015,19, 447-456. (SCI, IF=2.528) 6. He Y , Fu J Z, Chen Z C.Research on optimization of the hot embossing process . Journal ofMicromechanics and Microengineering, 2007, 17(12): 2420. (SCI, IF=1.7) 7. He Y , Fu J Z, Chen Z C.Optimization of control parameters in micro hot embossing . MicrosystemTechnologies, 2008, 14(3): 325-329. (SCI, IF=0.875 ) 8. He Y , Wu W B, Zhang T, et al.Micro structure fabrication with a simplified hot embossing method . RSCAdvances, 2015, 5(49): 39138-39144. (SCI, IF=3.84 ) 9. He Y , Fu J Z, Zhao P, et al.Enhanced polymer filling and uniform shrinkage of polymer and mold in a hotembossing process . Polymer Engineering Science, 2013, 53(6):1314-1320. (SCI, IF=1.52 ) 10. He Y , Fu J Z, Chen Z C. Analysis of pattern height development inhot embossing process . Microsystem technologies, 2009, 15(7): 963-968. (SCI) 11. He Y , Fu J Z, Chen Z C. Experimental study on the hot embossingpolymer microfluidic chip . Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2008,21(3): 87-89. (SCI, IF=0.598) 12. He Y , Zhang T, Fu J Z, et al. Experimental Study on theFabrication of the Light Guide Plate with Hot Embossing Method //AppliedMechanics and Materials. 2010, 37: 448-452. 二、生物仿生结构 3D 打印制造新方法 1 、 基于营养通道同步构造的细胞打印新工艺 ，证实了本工艺所构造的微通道能够有效的用于组织内的营养输送，可起到类血管的作用；给出了打印过程中融合机理及融合时序，系统的探讨了可打印工艺区间；通过调控相邻凝胶微通道间的融合时序，可实现组织打印过程中的三维微流道网络的构建，为大尺寸器官打印中的营养输送难题提供一条可行的路径。 2 、假体已经广泛应用于人体颌面部损伤的修复中，传统个性化定制假体周期长，价格昂贵，严重制约了其在临床上的应用推广。课题组提 出了一种 3D 打印低成本假体制造方法 ，利用桌面级 3D 打印技术的低成本，通过抛光技术去除掉打印模具的台阶效应， 制造出表面粗糙度 Ra 低于 1μm 的光滑模具 ，浇铸出具有光洁表面的人工假体，使其成本从 4000 美元 / 件降至 30 美元 / 件。 发表的论文 1. Qing Gao, Yong He *,Jian-zhong Fu, An Liu, Liang Ma. Coaxial nozzle-assisted 3D bioprinting withbuilt-in microchannels for nutrients delivery . Biomaterials , 2015, 61, 203-215. ( SCI, IF=8.557 ) 2. He Y , Xue G H,Fu J Z, Fabrication of low cost soft tissue prostheses with the desktop 3Dprinter . Scientific Reports ,2014, 4, 6973. ( SCI , IF=5.578 ) 3. Shao H, Yang X, He Y* , et al. Bioactive glass-reinforced bioceramic ink writingscaffolds: sintering, microstructure and mechanical behavior . Biofabrication , 2015, 7(3): 035010. ( SCI, IF=4.289 ) 4. Xie J, Yang X, Shao H, HeY , et al. Simultaneous mechanical property and biodegradation improvementof wollastonite bioceramic through magnesium dilute doping . Journal of the mechanical behavior ofbiomedical materials , 2016, 54: 60-71. (SCI, IF=3.417) 三、生物 3D 打印装备的关键技术 课题组对芯片 3D 打印及细胞打印装备研发过程中所涉及的相关核心技术，包括表面粗糙度改进、速度平滑控制、快速支撑生成算法、打印误差控制与补偿等进行了系统的研究， 研发了具有自主知识产权的细胞打印及芯片打印装备 。 1. 为解决打印过程中的过填充与欠填充问题，通过 采用自适应间距路径避免恒定间距路径填充过程中出现的质量问题，提高了打印质量 。为提高打印过程中的支撑生成算法效率及稳定性，通过采用切片文件而非三维实体模型实现支撑区域的判断，可避免大量的三维布尔运算，提高了算法的运算效率。为提高制造加工的效率， 提出内支撑的概念 ，可直接利用切片文件实现内支撑生成算法。 2. 针对细胞打印中凝胶的可控沉积问题进行了深入研究 ，通过分析加工速度及加工路径对液滴沉积偏转的影响，建立了误差补偿模型。揭示了 5 种构造不同形态规律凝胶微球的成型机制，系统的阐述了其成型机理， 实现了含细胞凝胶液滴的可控沉积 。 3. 针对 3D 打印过程中零散线段过多，导致加工效率过低的问题。 提出并实现了基于改进精插补的参数曲线插补算法 ，使精插补过程中加工误差最小化，并且使进给速度曲线更加平滑。在粗插补过程中根据当前的进给速度确定前瞻路径长度，在搜索到危险区域之后通过反算确定减速点的位置，该算法可以提高参数曲线插补精度和加工过程的平稳性。 发表的论文 1. JinY, He Y * , Gao Q, et al. Droplet deviationmodeling and compensation scheme of inkjet printing . The InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology , 2014, 75(9): 1405-1415. (SCI, IF=1.458) 2. Jin Y A, He Y * , Xue G H, et al . Aparallel-based path generation method for fused deposition modeling . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2015, 77(5): 927-937. (SCI,IF=1.458) 3. Jin Y A, He Y* , Fu J Z. Support generation for additivemanufacturing based on sliced data . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2015, 80(9), 2041-2052 (SCI, IF=1.458) 4. Gao Q, He Y*, Fu J, et al. Fabrication ofshape controllable alginate microparticles based on drop-on-demand jetting . Journal of Sol-Gel Science and Technology ,2015: DOI: 10.1007/s10971-015-3890-2. (SCI, IF=1.532) 5. Jin Y A, He Y * , Fu J Z, et al . A fine-interpolation-basedparametric interpolation method with a novel real-time look-ahead algorithm . Computer-Aided Design , 2014,55: 37-48. (SCI,IF=1.801) 6. JinY, He Y *, Fu J. A look-ahead and adaptive speed control algorithm forparametric interpolation . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2013, 69(9-12): 2613-2620. (SCI, IF=1.458) 7. JinY A, He Y *, Fu J Z, et al. An interpolation method for the open CNCsystem based on EPM . The International Journal of Advanced ManufacturingTechnology , 2013, 69(1-4): 405-416. (SCI,IF=1.458) 8. Jin Y, Li H, He Y *, et al . Quantitative analysis of surface profile in fused depositionmodeling . Additive Manufacturing ,2015, 8: 142-148. 9. JinY, He Y * , Fu J, et al. Optimization oftool-path generation for material extrusion-based additive manufacturingtechnology . Additive Manufacturing , 2014, 1(1), 32-47.
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