琼脂糖流体凝胶在凝胶过程中通过剪切处理形成，用于悬浮3D生物打印

使用不同生物墨水的能力对于生物打印结构的成功开发至关重要，并且该技术有助于使用通常与传统打印技术不兼容的材料。悬浮介质可防止低粘度生物墨水在沉积时塌陷，并允许将不同的生物墨水整合到单个构建体中，以产生更类似于天然组织的化学和机械性能的区域变化。伯明翰大学的研究员Tom Robertson博士和哈德斯菲尔德大学的研究员Jessica Senior博士将展示该程序。

首先，打开流变仪并插入 40 毫米锯齿状几何形状，使其静置 30 分钟。使用零间隙高度功能将流变仪的间隙高度归零。在底板上添加大约两毫升样品，并降低顶部几何形状以产生一毫米的间隙高度。

通过使用平坦的非磨蚀性边缘去除从板之间排出的多余材料来修剪样品，将多余的液体从间隙中拉开，并用薄纸吸收。要确定生物墨水的可注射性，请通过从用户选项中选择粘度测量测试来进行粘度测量曲线。输入剪切速率控制斜坡测试的参数，每秒 0.1 至 500 次，斜坡时间为一分钟。

加载新样品并重复该过程以确保可重复性。为了确定生物墨水的胶凝特性，通过从用户选项中选择振荡测试来执行小变形测试。输入参数进入恒定应变下的单频测试，频率为1赫兹，应变为0.5%超过1小时，同时油墨凝胶。

如前所述，使用剪切速率控制斜坡测试确定的上应力和下应力，在应力控制下对新样品重复粘度斜坡测试。要对凝胶样品进行原位幅度和频率测量，请从用户选项中选择振荡测试。选择幅度扫描后，输入幅度扫描测试的参数，该测试在恒定的一赫兹频率下应变控制在0.01至500%。

完成测试后，分析光谱以确定线性粘弹性区域。在流变仪上加载新样品并使其凝胶化。然后从用户选项中选择振荡测试。

选择频率测试和输入 0.01 到 10 赫兹之间的频率参数，以及根据先前获得的幅度扫描数据确定的频谱线粘弹性区域内的应变。要启动CAD软件并开始生成CAD模型，请选择“工具”选项，然后单击CAD软件中的“材料”以定义所选生物墨水的打印参数。在厚度选项卡中输入估计的灯丝直径，以确定每层的 z 厚度。

要逐层设计结构，请使用软件中的图层选项卡，使用组选项卡对图层进行分组，并使用标高选项卡将每个图层指定到 z 平面上的标高。通过沿 x 轴创建一层细丝和沿 y 轴创建第二层来生成晶格结构，并将两者分配给单独的级别。在“组”选项卡下，通过选择结构中重复单元的数量来确定构建高度。

然后单击生成工具为设计创建 G 代码并查看结构的 3D 渲染。在生物打印机中，将生物墨水等分到打印墨盒中，然后将其拧入微阀上方的打印头中。然后单击针长测量功能以校准打印头。

接下来，将组装好的打印头连接到气动压力系统，并将培养容器装载到打印平台上。选择适当的压力后，打开之前生成的 G 代码，然后单击“运行”以启动打印过程。颈动脉打印完成后，使用注射器和针头在构建物周围注射两毫升200毫摩尔二水氯化钙。

至少三个小时后，从结构周围取出液体凝胶支撑床，然后在PBS中轻轻清洗。然后用刮刀从支撑浴中取出结构。通过挤出在30、60和120 kPascal下，观察到海藻酸盐和胶原晶格的打印分辨率与长丝直径的函数关系，结果表明分辨率可直接与挤出压力的变化进行调节。

为了实现与皮肤相似的机械性能梯度，在真皮层和皮下层中使用了不同比例的果胶和胶原蛋白，从而形成了没有分层迹象的结构。在培养14天后，在整个结构中观察到高水平的细胞活力，在此期间材料变硬，表明材料的重塑。对于流变学，重要的是正确加载样品以确保数据可重复，对于生物打印，重要的是在将其从支撑床上取出之前，结构完全交联。

长时间培养大规模组织构建体有助于探索嵌入细胞对物理和化学刺激的反应。