生物三维打印技术基于增材制造思想,对细胞、生物材料、生长因子等进行直接操控,在组织工程、药物测试、病理模型等领域具有广阔的应用前景。目前该技术依然面临着细胞损伤、异质组分(材料或细胞)的控制及成型、新墨水材料的开发与拓展等难题。本文针对微挤出式这一类典型的生物三维打印技术,通过工艺开发与优化,旨在解决上述若干难题,并尝试总结该类技术的通用研究方法。含细胞三维结构的打印过程伴随着生物墨水交联反应的发生。本文从生物墨水的交联机理出发,采取先“分步分析”后“顺序制造”的研究思路,即先分拆一般打印过程并抽离关键问题,后进行“墨水—微丝—结构”的具体工艺优化,前者为理论指导,后者为技术实践。基于“分步分析”的内容,有针对性地选择了多种交联机理(涵盖物理及化学交联),并分别进行了从工艺设计、微丝形成、结构堆积、稳定化后处理、细胞损伤控制到生物学基础应用的系统研究。本文取得的主要研究成果包括:1)开发了基于主客体自组装的二次交联打印工艺,成功实现了纯透明质酸基水凝胶的三维成型,所打印的三维支架支持细胞粘附,具有良好的力学性能及稳定性(培养30天后模量维持80%以上);2)针对经典的明胶基温敏打印技术,提出了成型性与存活率耦合的工艺优化方法,取得了90%以上的胚胎干细胞打印存活率,并揭示了明胶基墨水的时间依赖性;3)提出了针对光交联墨水的原位交联策略,支持低粘度墨水(粘度低至2.5 mPa?s)包裹活细胞(打印存活率>90%)进行三维成型,打破了微挤出式方法对于墨水粘度的要求;4)基于原位交联策略进行了墨水种类(天然及合成)的拓展,并从微丝单元角度实现了材料和细胞的非均质控制;5)构建了基于三维打印的全能性拟胚体模型(全能性保持接近100%),能够产生高通量、大小均匀且可控的拟胚体;6)探究了墨水材料因子对细胞行为的调控,证明了粘附配体及可降解网络有助于成纤维细胞的伸展和迁移。基于层层递进式的技术探索,本文不仅解决了微挤出式生物三维打印面临的部分技术难题,提供了更多的技术方案,还介绍了一种用以开发新技术与新墨水的研究思路。