3D生物打印是一项使用三维成型设备,在空间尺度上实现细胞、生物材料与生物因子的精准操控,制造与生物体形态功能相近并具备生物活性组织或器官替代物的增材制造技术,在组织工程、再生医学、药物测试和病理模型等领域具有广阔应用前景。作为3D生物打印的代表性手段之一,挤出式生物打印目前普遍面临着墨水种类匮乏、细胞剪切损伤、打印结构组织功能转化困难等典型问题。为此,新型墨水材料的研发势在必行。胶体凝胶是由不连续颗粒组成的具有剪切变稀特性的新型凝胶,通过引入可逆的胶体粒子间作用,胶体凝胶被赋予自修复的特性,因而在可注射医用填充材料及3D生物打印领域具有重要应用价值。然而在此过程中产生的剪切力会对细胞造成损伤,限制了其在生物打印中的应用。为了解决该问题,本文以明胶胶体凝胶（gelatin-based colloidal gels）作为挤出式生物打印墨水,实现载细胞胶体凝胶的打印成型;提出利用微流控技术将单个细胞预先包裹在海藻酸微凝胶中,使细胞最大限度地免受剪切力损伤。本文分别对海藻酸微凝胶的微流控制备技术,明胶胶体凝胶流变学性能与可打印性能,以及微凝胶保护下细胞的活性与功能性,进行了系统的表征与研究。首先,探索了高通量、高细胞存活率的载细胞海藻酸微凝胶制备技术。（1）利用等温滴定量热法及微流控技术平台,检测不同pH对Ca-EDTA和Ca-NTA两种钙复合物的解离的影响,结果显示Ca-NTA较Ca-EDTA更易解离出Ca²⁺并触发更快速的凝胶反应并且Ca-NTA解离环境近中性。（2）利用微流控技术平台,检测不同的流速及酸浓度对微凝胶生产的影响,结果显示降低酸浓度及改变流速时Ca-NTA均能实现稳定的生产;NIH-3T3细胞封装结果显示微凝胶尺寸均一,其细胞封装服从泊松分布,单细胞封装率达21%。（3）利用NIH-3T3与两种钙源共培养模型以及MSCs成骨分化模型分别对细胞毒性及封装细胞的功能性进行研究,其结果进一步显示Ca-NTA良好的生物相容性,以Ca-NTA为钙源封装的细胞具有较高的细胞活力,封装的MSCs具有正常增殖活性及成骨分化的功能。其次,研究了明胶基胶体凝胶的流变学性能及3D打印成型性。（1）利用流变测试获得明胶胶体凝胶的流变学参数,结果显示明胶胶体凝胶的储能模量随质量体积分数增加而升高且具有剪切变稀及自修复性能。（2）通过力学测试机测试胶体凝胶的可打印性,并建立与储能模量之间的关系,结果显示储能模量2 kPa时打印线结构均一,出丝稳定。（3）利用挤出式3D生物打印机打印胶体凝胶支架,超景深显微镜检测打印支架的宏观形貌、扫描电镜检测微观结构,结果显示储能模量为2 kPa的材料,呈现宏观较均一的打印线及电镜观察到较高的孔隙率。在此基础上,系统考察了基于微凝胶保护细胞的生物墨水用于构建三维类组织体的可行性及成型后细胞活性和功能性。（1）利用细胞荧光染料及CCK-8细胞活力检测对细胞的剪切损伤状况进行评估,结果显示在储能模量为2 kPa时即会导致NH-3T3细胞的膜损伤,10 kPa左右将导致细胞核损伤。（2）利用5-氨基荧光素标记的海藻酸微凝胶检测钙交联程度对抵抗剪切力的影响,结果显示钙离子浓度为100 mM时,荧光微凝胶在10 kPa下仍可保持完整的形状。（3）利用细胞存活染色,体外成骨模型及大鼠股骨缺损模型在体内和体外检测微凝胶保护下细胞的活性及功能性,结果显示通过微凝胶保护的细胞,在体外保持较高的存活率及细胞活性及成骨分化的功能;体内的研究结果显示微凝胶保护的细胞具有骨诱导再生,促进骨修复的能力。综上所述,本文实现了胶体凝胶作为生物墨水的开发与研制。通过微流控技术制备保护性的载细胞微凝胶,有效解决了生物打印中剪切力导致的细胞损伤问题;基于具备剪切变稀和自修复特性的胶体凝胶墨水材料,实现了细胞存活率较高、细胞功能性稳定的组织工程支架的3D打印。该研究为自修复胶体凝胶在生物打印墨水材料的制备方面开辟了新的思路,为3D生物打印在组织工程与再生医学领域的应用提供了理论依据与实验支持。