3D打印機可以通過逐層構(gòu)建形狀來制作各種有用的對象?？茖W(xué)家們使用同樣的技術(shù)“生物打印”活體組織，包括肌肉和骨骼。

生物打印是一種相對較新的技術(shù)，主要通過反復(fù)試驗推進?？茖W(xué)家們現(xiàn)在正在使用物理定律和預(yù)測計算機建模來改進這些技術(shù)并優(yōu)化生物打印過程。這些新進展將在6月4日的AIP出版社的應(yīng)用物理評論中進行評論。

最廣泛使用的生物打印機是擠出，噴墨和基于激光的打印機。每種類型都涉及略有不同的物理，每種都有自己的優(yōu)點和缺點。

該合著者Ashkan Shafiee說：“實現(xiàn)從'試錯'到生物??打印的'預(yù)測和控制'階段的重大轉(zhuǎn)變的唯一途徑是理解和應(yīng)用基礎(chǔ)物理學(xué)。”

擠出打印機將稱為bioink的材料裝入注射器中，并通過活塞或氣壓迫使墨水打印出來。bioink可以是純活細胞的集合或細胞在水凝膠或聚合物中的懸浮液。噴墨生物打印機以類似的方式起作用，但使用壓電晶體或加熱器從小開口產(chǎn)生液滴。激光打印機將激光束聚焦在色帶上，在此色帶上鋪設(shè)一層薄薄的生物聚合物，從而實現(xiàn)高細胞活力。

通過生物打印產(chǎn)生的生物產(chǎn)品通常不能立即使用。雖然打印機可以創(chuàng)建單元的初始配置，但這些單元將成倍增加并重組為新配置。這個過程類似于胚胎發(fā)育時發(fā)生的過程，細胞與其他細胞融合并將自己分類到新的區(qū)域。

計算機建模技術(shù)是在2010年中期開發(fā)的，以優(yōu)化生物打印的印刷后自組裝步驟，其中組織的小碎片被遞送到具有所需生物結(jié)構(gòu)形狀的支撐材料中，例如具有生物結(jié)構(gòu)的器官。然后小片段進一步發(fā)展并自組裝成最終的生物結(jié)構(gòu)。

該模型涉及描述細胞之間吸引力和排斥力的方程。作者表明，使用這種方法進行模擬 - 稱為細胞顆粒動力學(xué)或CPD - 正確地預(yù)測了在初始印刷步驟后細胞集合將被組裝的模式。