重要生命器官的丧失或功能障碍是人类健康面临的重要问题,传统治疗方法能够缓解损伤但很难实现器官的彻底修复。器官移植是改善这一问题的有效途径,但异体器官移植供体资源有限,费用昂贵且有排斥反应的风险。组织工程中类器官的构建为治疗该类疾病开辟了新的途径,而类血管结构的构建是组织工程中复杂器官再生的关键。3D打印技术是目前组织工程领域应用广泛的快速成型技术,利用3D打印技术构建类血管结构成为目前研究的热点。本文采用海藻酸钠和丝素蛋白组成的生物墨水,通过同轴生物3D打印系统,打印出具有高度有序排列的可灌注类血管结构。首先对组织工程的关键技术生物三维打印的研究进展及其发展方向做了简要概述。列举了生物打印技术中常用凝胶墨水并总结了现有凝胶通道的制造方法,为同轴生物3D打印通道的方法奠定了技术和材料基础。搭建了基于同轴喷头的生物3D打印系统,介绍了生物3D打印机和同轴挤出系统中注射泵的软硬件组成以及使用方法。根据打印系统和水凝胶材料自身的特性,选择海藻酸钠和丝素蛋白作为构建含类血管结构支架的生物材料。通过所配材料流变特性以及打印参数的研究,得出以下结论:与纯海藻酸钠相比,加入丝素蛋白的复合凝胶具有明显的剪切稀化特性,且粘度与细胞外基质相近,表明复合水凝胶更有利于挤出打印和包裹细胞保持活性。复合水凝胶未交联时呈现半凝胶状态,交联后其储存模量高于海藻酸钠,表明复合凝胶支架更有利于保真和支撑较厚组织或器官。通过调试得到最佳打印参数分别为:凝胶溶液挤出速率7 μl/s、交联剂挤出速率5 μl/s、打印层厚0.65 mm、填充间距2 mm、打印速度11 mm/s。通过灌注实验,发现支架内部通道流畅且液体无外泄。对两种制备成型的含微流通道支架从内部结构、力学性能、红外光谱分析和微观结构等多方面评估对比。结果显示海藻酸钠/丝素蛋白复合支架内部具有横纵贯通的结构,与单纯海藻酸钠支架相比,复合支架的支撑性更好。海藻酸钠支架和海藻酸钠/丝素蛋白复合支架的压缩模量分别为11.5±1.6kPa、16.0±2.5kPa,复合支架压缩模量显著增加了 39%。红外光谱结果表明,F127成功诱导丝素蛋白由a螺旋向β折叠转变,并被清出打印体,结合支架的扫描电镜图可清晰看到,支架管壁由于F127析出形成了 5-20 μm的微孔结构,有助于营养物质的进入及废物的排出。通过含肝癌细胞的支架培养实验,研究两种支架的生物相容性,结果表明,1× 106cells/mL细胞浓度对打印参数无影响,且含有中空管道和微孔结构的复合支架具有更好的生物相容性,能使细胞的存活率达到95%以上,有效地促进C3A的粘附与增殖。综上所述,该海藻酸钠/丝素蛋白生物墨水具有广阔的应用前景,而利用同轴喷头和3D打印的中空管道支架为构建复杂组织提供了一种有效途径。