光影魔法：芦丁纳米颗粒如何点亮3D生物打印的未来

在当今科技飞速发展的时代，3D打印技术已经渗透到我们生活的方方面面，从工业制造到医疗健康，它都展现出了巨大的潜力和应用价值。特别是在生物医学领域，一种名为数字光处理（DLP）的3D打印技术，以其高分辨率和高打印速度，成为了组织工程和再生医学中的重要工具。然而，这项技术在实现高精度打印的过程中，也面临着一些挑战。本文将深入探讨DLP 3D打印技术，以及一种新型的光抑制剂——芦丁纳米颗粒（Rnps），如何帮助我们克服这些挑战，实现更高效、更精确的生物打印。

DLP 3D打印技术的核心在于通过逐层投影的方式，将光固化材料精确地打印成所需的三维结构。这种技术在生物材料打印中尤为重要，因为它能够实现生物材料在空间上的精准排列，为组织工程和再生医学提供了新的可能性。然而，DLP打印过程中的光线散射和固化深度控制的不精确，往往会导致自由基反应在设计区域外发生，从而影响打印模型的保真度。

为了解决这一问题，研究人员尝试通过添加光吸收剂来限制光线的分布，提高打印精度。但这种方法存在缺陷，它不仅耗散了激发光中的能量，导致打印速度下降，而且在充满细胞的环境下难以发挥功能。因此，研究人员开始寻求一种更为全面、高效的策略，不仅要通过光吸收限制光的分布，还要通过与自由基反应，将自由基反应严格限制在设计区域内，以进一步提升加工精度。

在这样的背景下，南开大学的孔德领教授团队在国际知名期刊ACS NANO上发表了一项突破性的研究。他们利用天然黄酮类化合物芦丁，开发了一种新型的水溶性光抑制添加剂——芦丁纳米颗粒（Rnps）。这种添加剂不仅能够进行光吸收过程，还能够参与自由基反应，从而有效抑制散射效应，提升打印精度。

研究人员通过简单的一步自组装方法，将芦丁粉末溶解在NaOH溶液中，形成芦丁钠盐（NaR），然后通过调节pH值，使芦丁和NaR发生分子间自组装，形成Rnps。这种新型光抑制剂在405nm打印波长光线的吸收能力上与柠檬黄（Tar）相当，且在水中表现出良好的自由基清除能力，这为其在光—自由基打印中发挥有效功能提供了基础。

为了验证Rnps在生物墨水中的具体作用，研究人员以5% GelMA为例，测试了不同浓度Rnps的生物墨水的流变特性、力学性能、稳定性和打印速率。实验结果显示，Rnps的加入并不会影响打印支架的机械性能，而且相较于只进行光吸收的Tar，Rnps能够改善打印的层间均质性，抑制打印过程中墨水粘度的提升。此外，加入0.1% Rnps的生物墨水展现出更快的制备速度，这为Rnps在生物打印中的应用提供了优势。

在提高打印分辨率和图案保真度方面，Rnps同样展现出了卓越的能力。通过打印辐条状图案，研究人员发现随着Rnps浓度的增加，保真度得到提高，且0.1% Rnps组获得的最佳可打印分辨率显著超过0.1% Tar组。这表明Rnps的光吸收和自由基清除过程有效提高了打印精度和图案细节的保真度。

在生物打印中，细胞相容性是至关重要的。研究人员使用人诱导多能干细胞衍生的内皮细胞（hiPSC-ECs）进行细胞种植和载细胞打印，发现含有0.1% Rnps的生物墨水不仅具有良好的打印精度和速度，还具有出色的细胞兼容性和抗氧化活性。这些特性使得Rnps在细胞修复和凋亡抵抗力增强方面发挥了重要作用，赋予了细胞抵抗氧化应激和避免凋亡的卓越能力。

此外，Rnps在复杂结构制造和多材料打印中也展现出了良好的性能。研究人员采用含有Rnps的生物墨水，成功制作了具有TPMS结构的复杂支架，以及具有连续梯度材料的金字塔模型和多材料一体化打印的魔方模型。这些结构的成功制备，进一步证明了基于Rnps的打印方法在多种生物医学场景下的应用潜力。

总结来说，本研究开发的芦丁基光抑制剂Rnps，通过同时进行光吸收过程和自由基反应，有效地减弱了DLP 3D打印中光散射的影响，提升了打印保真度。与Tar相比，含有Rnps的生物墨水在打印速度、层间过曝减少、分辨率提高以及高精度打印区间扩大等方面均展现出了显著优势。Rnps的细胞相容性和抗氧化活性，使其成为创建多材料和多功能生物医学结构的理想工具。这项研究不仅为DLP 3D打印技术的发展提供了新的解决方案，也为组织和器官的复杂体外重建提供了更多技术支持，有望加速其从理论模型到临床转化的发展进程。