Journal of Zhejiang University

Current Issue: <BDM>

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, quarterly

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Bio-Design and Manufacturing (BDM) reports new research, new technology and new applications in the field of biomanufacturing, especially 3D bioprinting. As an interdisciplinary field, topics of this journal cover tissue engineering, regenerative medicine, mechanical devices from the perspectives of materials, biology, medicine and mechanical engineering, with a focus on manufacturing science and technology to fulfil the requirement of bio-design.

Bio-Design and Manufacturing

ISSN: 2096-5524 (print version); ISSN: 2522-8552 (electronic version); started in 2018, quarterly

2022 Vol.5 No.2 P.233-432

Cover:

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<<< CONTENTS >>>

Research Article

Adhesion-enhancing coating embedded with osteogenesis-promoting PDA/HA nanoparticles for peri-implant soft tissue sealing and osseointegration

Tingshu Su, Ao Zheng, Lingyan Cao, Lingjie Peng, Xiao Wang, Jie Wang, Xianzhen Xin & Xinquan Jiang

DOI: 10.1007/s42242-022-00184-5 Downloaded: 923 Clicked: 689 Cited: 0 Commented: 0(p.233-248) <Full Text>

Chinese summary <7> 【封面文章】上海交大(dà)口腔醫學院/第九人民醫院 | PDA/HA明膠改性多功能塗層促進種植體(tǐ)周圍軟組織封閉及骨結合

本研究論文來自蔣欣泉教授團隊，文章聚焦牙列缺損/缺失的種植修複治療，開(kāi)發了一(yī)種新型多功能種植體(tǐ)表面塗層。钛作爲牙科種植體(tǐ)的主要材料被廣泛應用，但仍然存在種植體(tǐ)表面生(shēng)物(wù)活性較低等不足。本研究利用聚多巴胺（PDA）的高黏附性和機械性能以及明膠優良的親水性、生(shēng)物(wù)相容性和促細胞黏附性能，設計制備了一(yī)種聚多巴胺-羟基磷灰石-明膠（PHG）複合多功能塗層來改善钛種植體(tǐ)的表面性能。研究表明該表面PHG複合多功能塗層具有良好的親水性、光熱效應和穩定性。進一(yī)步通過探究該塗層對細胞黏附、增殖和成骨分(fēn)化等的影響，以及其對口腔常見緻病細菌變形鏈球菌（S.mutans）的抗菌性能，發現PHG塗層具有良好的生(shēng)物(wù)相容性，能夠促人牙龈成纖維細胞黏附生(shēng)長、促骨髓間充質幹細胞成骨分(fēn)化，并顯著抑制S.mutans活性。本研究證實新型PHG有可能作爲一(yī)種钛種植體(tǐ)的表面改性方法，提高種植體(tǐ)表面的生(shēng)物(wù)活性，使其具有良好的生(shēng)物(wù)相容性、抗菌能力，同時促進種植體(tǐ)骨結合和軟組織封閉，可爲設計新型钛種植體(tǐ)表面改性方法和材料提供新的策略。

（蘇庭舒醫生(shēng)和鄭奧博士爲共同第一(yī)作者，忻賢貞醫生(shēng)爲共同通訊作者）

3D-printed tissue repair patch combining mechanical support and magnetism for controlled skeletal muscle regeneration

Xiaocheng Wang, Ruibo Zhao, Jian Wang, Xinghuan Li, Lijuan Jin, Wenyu Liu, Lifang Yang, Yonghua Zhu & Zhikai Tan

DOI: 10.1007/s42242-021-00180-1 Downloaded: 959 Clicked: 660 Cited: 0 Commented: 0(p.249-264) <Full Text>

Chinese summary <7> 湖南(nán)大(dà)學譚志(zhì)凱、王小(xiǎo)成、中(zhōng)南(nán)大(dà)學趙瑞波等 | 3D打印的組織再生(shēng)貼片結合機械支持和磁性調控骨骼肌再生(shēng)

本研究論文聚焦于設計模拟骨骼肌結構及細胞外(wài)基質成分(fēn)的組織再生(shēng)貼片，結合靜磁場(SMF)以調控骨骼肌的再生(shēng)。在骨骼肌再生(shēng)的過程中(zhōng)，有序肌肉纖維的生(shēng)成以及恢複丢失的細胞外(wài)基質提供的結構線索至關重要。爲了實現此目标，許多策略都側重于利用生(shēng)物(wù)材料重建天然骨骼肌的結構組織，特别是肌肉細胞的單軸排列，這對維持骨骼肌的收縮至關重要。在這裏，利用E-jet 3D打印技術制備組織再生(shēng)貼片，結合靜态磁場，通過機械和磁刺激調控骨骼肌再生(shēng)。組織再生(shēng)貼片結合靜磁場能誘導成肌細胞形成定向的多核肌管并通過激活p38α MAPK途徑啓動肌原性分(fēn)化。本論文中(zhōng)使用的方法是一(yī)種潛在的能夠誘導受損骨骼肌組織再生(shēng)的技術。

Development of a 3D subcutaneous construct containing insulin-producing beta cells using bioprinting

Chi B. Ahn, Ji-Hyun Lee, Joo H. Kim, Tae H. Kim, Hee-Sook Jun, Kuk H. Son & Jin W. Lee

DOI: 10.1007/s42242-021-00178-9 Downloaded: 846 Clicked: 628 Cited: 0 Commented: 0(p.265-276) <Full Text>

Chinese summary <7> 韓國嘉泉大(dà)學Kuk H. Son等 | 生(shēng)物(wù)打印開(kāi)發含有産生(shēng)胰島素的β細胞的3D皮下(xià)植入物(wù)

本研究論文聚焦生(shēng)物(wù)3D打印胰島對I型糖尿病的治療研究。I型糖尿病是由朗格漢斯胰島β細胞缺失引起的胰島素缺乏導緻的。在嚴重的情況下(xià)，一(yī)般會将胰島移植到門靜脈中(zhōng)。然而，由于移植胰島的喪失和胰島功能的衰竭，這些患者的5年胰島素獨立率小(xiǎo)于50%。在這項研究中(zhōng)，我(wǒ)們開(kāi)發了一(yī)種長期促進胰島素分(fēn)泌的3D生(shēng)物(wù)打印結構，植入皮下(xià)以防止胰島丢失。采用β細胞（小(xiǎo)鼠胰島素瘤-6：MIN-6）包封海藻酸鹽生(shēng)物(wù)墨水和聚己内酯生(shēng)物(wù)降解聚合物(wù)的多層生(shēng)物(wù)打印結構。葡萄糖反應測定顯示，該結構在4周的體(tǐ)外(wài)培養期間可以正常增殖和釋放(fàng)胰島素。生(shēng)物(wù)打印的MIN-6細胞會聚集成爲直徑爲100-200 μm的簇，類似于所打印結構的原始胰島。本研究采用患有I型糖尿病的小(xiǎo)鼠模型進行體(tǐ)内研究，植入生(shēng)物(wù)打印結構的動物(wù)在術後8周顯示出胰島素分(fēn)泌水平提高三倍并可以控制血糖水平。由于植入的生(shēng)物(wù)打印結構對實驗動物(wù)的胰島素分(fēn)泌有積極影響，因此植入組（75%）的存活率是對照組（25%）的三倍。結果表明，本文所提出的3D生(shēng)物(wù)打印的皮下(xià)結構可能是比門靜脈胰島移植的更好替代方案。

Multiscale design and biomechanical evaluation of porous spinal fusion cage to realize specified mechanical properties

Hongwei Wang, Yi Wan, Quhao Li, Xinyu Liu, Mingzhi Yu, Xiao Zhang, Yan Xia, Qidong Sun & Zhanqiang Liu

DOI: 10.1007/s42242-021-00162-3 Downloaded: 900 Clicked: 753 Cited: 0 Commented: 0(p.277-293) <Full Text>

Chinese summary <7> 山東大(dà)學萬熠等 | 指定力學性能的多孔椎間融合器多尺度設計及生(shēng)物(wù)力學性能評價

本研究論文聚焦指定力學性能的多孔椎間融合器多尺度設計及生(shēng)物(wù)力學性能評價。钛合金融合器已廣泛用于經椎間孔腰椎融合術，但融合器和相鄰骨性終闆之間的剛度差異增加了融合器的應力遮擋效應和沉降的風險。本研究提出一(yī)種多孔钛合金融合器多尺度優化設計方法，包括基于均勻化理論的微觀拓撲優化，用于獲取具有指定力學性能的單胞，宏觀拓撲優化用于确定多孔钛合金融合器上框架結構的布局，并維持融合器所需的剛度。仿真結果表明，多孔融合器增加了填充骨的應變能密度，降低了骨性終闆上的峰值應力。從生(shēng)物(wù)力學角度來看，設計的多孔融合器有助于降低融合器的應力遮擋效應和沉降的風險。但是，多孔融合器的增材制造仍需要進一(yī)步優化工(gōng)藝參數和後處理，以消除與設計的力學性能和形貌之間差異。該多尺度優化方法可以推廣應用于其它類型的骨科植入物(wù)設計。

（論文的第一(yī)作者爲山東大(dà)學機械工(gōng)程學院博士研究生(shēng)王宏衛；山東大(dà)學齊魯醫院骨科劉新宇主任爲本研究做出了重要貢獻；山東大(dà)學機械工(gōng)程學院萬熠教授爲該文章的通訊作者）

4D printing of core–shell hydrogel capsules for smart controlled drug release

Shuo Zu, Zhihui Zhang, Qingping Liu, Zhenguo Wang, Zhengyi Song, Yunting Guo, Yuanzhu Xin & Shuang Zhang

DOI: 10.1007/s42242-021-00175-y Downloaded: 876 Clicked: 668 Cited: 0 Commented: 0(p.294-304) <Full Text>

Chinese summary <7> 吉林大(dà)學張志(zhì)輝、劉慶萍、祖碩等 | 4D打印用于藥物(wù)智能控釋的核殼型水凝膠膠囊

本研究論文聚焦4D打印用于藥物(wù)智能控釋的水凝膠膠囊。個性化藥物(wù)，以及疾病特異性和條件依賴性藥物(wù)釋放(fàng)在藥物(wù)遞送中(zhōng)一(yī)直備受追求。4D打印作爲新興的制造技術，在開(kāi)發藥物(wù)遞送系統方面具有獨特的優勢，可以制造出根據生(shēng)理條件(溫度、pH值和離(lí)子等)智能控釋的藥物(wù)載體(tǐ)。在此，通過多材料擠出式4D打印方法開(kāi)發了核殼型智能水凝膠膠囊，其内“核”爲模型藥物(wù)，其外(wài)“殼”爲聚(N-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝膠。因PNIPAM具有最低臨界溶液溫度(LCST)，所制備的PNIPAM水凝膠的内部孔隙尺寸會随溫度的變化進行改變，這賦予了水凝膠膠囊溫度響應釋放(fàng)的能力。體(tǐ)外(wài)藥物(wù)釋放(fàng)研究表明，該水凝膠膠囊可以根據環境溫度自主地改變其藥物(wù)釋放(fàng)行爲，并且還可以通過調整膠囊殼厚度對藥物(wù)釋放(fàng)進行編程。所開(kāi)發的4D打印水凝膠膠囊開(kāi)創了智能釋放(fàng)的新範式，在藥物(wù)和大(dà)分(fēn)子活性物(wù)質的智能控釋方面具有廣闊的應用前景。

Electrospinning of a sandwich-structured membrane with sustained release capability and long-term anti-inflammatory effects for dental pulp regeneration

Fenghe Yang, Jiangxue Wang, Xiaoyu Li, Zhenzhen Jia, Qiang Wang, Dazhi Yu, Jinyu Li & Xufeng Niu

DOI: 10.1007/s42242-021-00152-5 Downloaded: 771 Clicked: 671 Cited: 0 Commented: 0(p.305-317) <Full Text>

Injectable bioactive polymethyl methacrylate–hydrogel hybrid bone cement loaded with BMP-2 to improve osteogenesis for percutaneous vertebroplasty and kyphoplasty

Xin Sun, Xin Zhang, Xin Jiao, Jie Ma, Xingzhen Liu, Han Yang, Kangping Shen, Yaokai Gan, Jinwu Wang, Haiyan Li & Wenjie Jin

DOI: 10.1007/s42242-021-00172-1 Downloaded: 948 Clicked: 666 Cited: 0 Commented: 0(p.318-332) <Full Text>

Chinese summary <7> 上交九院金文傑、王金武等 | 負載BMP-2的PMMA-水凝膠混合骨水泥促進成骨用于經皮椎體(tǐ)成形術的研究

本研究論文聚焦負載BMP-2的PMMA-水凝膠混合骨水泥促進成骨用于經皮椎體(tǐ)成形術的研究。經皮椎體(tǐ)成形術（PVP）和經皮後凸成形術（PKP）中(zhōng)應用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）骨水泥可顯著增強并穩定骨折的椎體(tǐ)，是目前治療骨質疏松性椎體(tǐ)壓縮骨折的普遍策略。然而，PMMA骨水泥的彈性模量及固化溫度較高，缺乏生(shēng)物(wù)活性并難以降解，限制了其臨床應用。本研究将PMMA骨水泥與負載BMP-2的氧化透明質酸和羧甲基殼聚糖自交聯水凝膠混合，制備了新型骨水泥。與純PMMA相比，PMMA-水凝膠混合水泥具有較低的彈性模量和固化溫度、較好的生(shēng)物(wù)降解性和生(shēng)物(wù)相容性。同時，該混合骨水泥可以注射使用，能夠滿足必要的固化時間和力學強度。此外(wài)，PMMA-水凝膠混合骨水泥釋放(fàng)的BMP-2，通過上調Runx2、Col1和OPN的表達，增強骨髓間充質幹細胞的體(tǐ)外(wài)成骨能力。體(tǐ)内實驗證明，混合骨水泥可促進兔股骨髁骨缺損中(zhōng)新生(shēng)骨的生(shēng)成。綜上所述，負載BMP-2的PMMA-水凝膠混合骨水泥爲PVP和PKP治療骨松椎體(tǐ)骨折提供了新思路，具有一(yī)定的臨床應用前景。

Structural optimization of patient-specific temporomandibular joint replacement implants for additive manufacturing: novel metrics for safety evaluation and biomechanical performance

Manuel Pinheiro, Anouar Krairi, Robin Willaert, Maria C. Costa & Wim Van Paepegem

DOI: 10.1007/s42242-021-00174-z Downloaded: 916 Clicked: 635 Cited: 0 Commented: 0(p.333-347) <Full Text>

Chinese summary <7> 特大(dà)學Manuel Pinheiro等 | 增材制造個性化颞下(xià)颌關節置換植入物(wù)的結構優化：安全性評估和生(shēng)物(wù)力學性能的新指标

本研究論文聚焦下(xià)颌關節置換植入物(wù)的設計優化與性能評估研究。僅當關節有不可逆的損傷且保守治療不能改善功能時，才建議進行全颞下(xià)颌關節（TMJ）置換術。現階段已經出現了幾種庫存和定制的TMJ植入物(wù)可供選擇。然而，綜述性和比較性研究無法發現兩種解決方案之間的顯著差異。在醫療實踐中(zhōng)引入增材制造技術可以實現更大(dà)的設計自由度和更高程度的定制化器械。增材制造技術與結構優化的結合可以使開(kāi)發過程簡化，并爲制造生(shēng)物(wù)力學增強的颞下(xià)颌關節植入物(wù)提供關鍵技術支持。在本研究中(zhōng)，應用結構優化技術來開(kāi)發和數值驗證患者特異性颞下(xià)颌關節植入物(wù)。本文使用有限元分(fēn)析，在四個不同的标稱和最大(dà)咬合指标下(xià)評估每種中(zhōng)間TMJ設計的生(shēng)物(wù)力學行爲。此外(wài)，本研究還提出一(yī)組新的指标來比較每個設計在生(shēng)物(wù)力學性能和植入物(wù)安全性方面的差異。結果表明，最終選擇的颞下(xià)颌關節植入物(wù)可以恢複55%-82%的自然/完整應變模式。與初始設計相比，門牙咬合力的生(shēng)物(wù)力學性能提高了15%，右臼齒咬合力提高了15%，左臼齒咬合力提高了17%，左組咬合力降低了2%。結果還表明，近端支路的負荷轉移減少了植入物(wù)對下(xià)颌骨應變模式的影響。最後，結構優化使得體(tǐ)積減少高達44%，同時将種植體(tǐ)安全性和生(shēng)物(wù)力學性能的損失降至最低。

Coaxial bioprinted microfibers with mesenchymal stem cells for glioma microenvironment simulation

Zhizhong Jin, Xinda Li, Boxun Liu, Xinru Yan, Shuai Han, Tao Xu & Anhua Wu

DOI: 10.1007/s42242-021-00155-2 Downloaded: 891 Clicked: 680 Cited: 0 Commented: 0(p.348-357) <Full Text>

Chinese summary <7> 中(zhōng)國醫大(dà)一(yī)院吳安華、清華大(dà)學徐弢等｜同軸生(shēng)物(wù)打印間充質幹細胞微纖維模拟腫瘤微環境

本研究論文聚焦同軸生(shēng)物(wù)打印間充質幹細胞微纖維模拟腫瘤微環境。盡管中(zhōng)樞神經系統疾病在早期診斷和精準醫學方面取得了一(yī)些進展，但由于其特殊的解剖結構和生(shēng)理特征，仍面臨巨大(dà)的挑戰。腫瘤治療的複雜(zá)性之一(yī)體(tǐ)現在腫瘤微環境的成分(fēn)複雜(zá)，包括表現出腫瘤傾向性并可用于細胞治療的間充質幹細胞(MSCs)。在膠質瘤微環境中(zhōng)，MSCs是否促進或抑制膠質瘤仍不清楚。本研究設計了一(yī)種同軸微纖維來模拟腫瘤微環境，以揭示MSCs對膠質瘤細胞的影響。纖維外(wài)殼由間充質幹細胞和海藻酸鹽組成，纖維核心充滿U87MG(膠質母細胞瘤)細胞和甲基丙烯酸明膠。這種外(wài)殼-MSC/内芯-U87MG微環境提高了膠質瘤細胞的增殖、生(shēng)存、侵襲、轉移和耐藥能力，同時保持了保證膠質瘤細胞無限增殖能力的腫瘤細胞幹性，提示MSCs在人體(tǐ)内的腫瘤微環境中(zhōng)同樣可能有促瘤的作用，是需要臨床考慮的因素之一(yī)。綜上所述，同軸擠壓生(shēng)物(wù)打印Shell-MSC/Core-U87MG超細纖維是腫瘤和基質細胞共培養、觀察腫瘤生(shēng)物(wù)學行爲的理想平台，也爲其他具有複雜(zá)腫瘤微環境組分(fēn)的腫瘤提供了共培養新思路，具有一(yī)定的臨床前景和指導作用。

3D spiral channels combined with flexible micro-sieve for high-throughput rare tumor cell enrichment and assay from clinical pleural effusion samples

Jie Cheng, Lina Zhang, Yiran Zhang, Yifei Ye, Wenjie Zhao, Lingqian Zhang, Yuang Li, Yang Liu, Wenchang Zhang, Hongyan Guo, Mingxiao Li, Yang Zhao & Chengjun Huang

DOI: 10.1007/s42242-021-00167-y Downloaded: 872 Clicked: 725 Cited: 0 Commented: 0(p.358-370) <Full Text>

Chinese summary <8> 中(zhōng)科院微電子所黃成軍等 | 像手沖咖啡一(yī)樣容易：3D螺旋通道集成的細胞篩，用于臨床胸腔積液樣本中(zhōng)稀有腫瘤細胞的高通量富集與分(fēn)析

本研究論文聚焦3D螺旋通道集成的細胞篩用于臨床胸腔積液樣本中(zhōng)稀有腫瘤細胞的高通量富集與分(fēn)析。肺癌病人的胸腔積液中(zhōng)潛藏的稀有腫瘤細胞可能攜帶着豐富的腫瘤信息。通過對于這些信息的獲取和分(fēn)析，有望被用于指導肺癌臨床診斷和制定藥物(wù)治療方案。然而，由于這些細胞的稀有性，從100 mL量級的胸腔積液中(zhōng)高通量、高回收率地富集出高純度、高活性的疑似腫瘤細胞依然存在較大(dà)挑戰。現有的基于腫瘤細胞尺寸的細胞篩分(fēn)法簡單有效，但是在過濾過程中(zhōng)孔之間存在“流體(tǐ)死區空間”，存在易堵塞、細胞濾不幹淨等不足。

論文作者受日常手工(gōng)沖調咖啡的啓發，提出一(yī)種将傳統2D過濾，變成3D過濾的升維策略，較好地克服了上述不足。基于該思路，設計了一(yī)種漏鬥型的3D螺旋通道集成的細胞篩器件（簡稱“3D細胞篩”），并用于從胸腔積液中(zhōng)對稀有腫瘤細胞的富集篩選。

該3D細胞篩裝置是由漏鬥形支架、中(zhōng)間的柔性微孔膜以及扣壓在膜上的3D螺旋型微流體(tǐ)通道相結合構成的三層錐型複合結構，如圖1所示。它的特色之處在于利用膜上的3D螺旋通道引導含有稀有細胞的待分(fēn)析液體(tǐ)樣本在膜上螺旋流動，從而在流動中(zhōng)不斷将小(xiǎo)細胞（背景細胞）和液體(tǐ)濾出，而大(dà)細胞（目标細胞）最終流向錐尖被最終回收，達到高純度富集目的。

實驗結果發現，隻需簡單将待分(fēn)析樣品倒入該3D細胞篩，不需要離(lí)心或者壓力驅動，即可達到如下(xià)性能指标：(1) 通量方面：對于全血樣品三倍稀釋的過濾通量最高可達20 mL/min，比2D方法提高了20倍；(2) 回收率方面：30 mL PBS中(zhōng)100、1000、10000 cells/mL的回收率可分(fēn)别達到(84.5±21)%、(86±25)%、(83±14)%，同時，1 mL PBS僅有5個A549細胞的樣品中(zhōng)陽性檢出率均能達到100%；(3)純度方面：典型達到(85.5±9.1)%；(4)細胞活性：大(dà)于93%。

進一(yī)步的，在該3D細胞篩的臨床樣本實驗中(zhōng)，實現了從25 mL臨床胸腔積液中(zhōng)快速高效富集稀有腫瘤細胞的能力。而且在富集後細胞樣品的随後6天培養過程中(zhōng)，發現富集純化後細胞的增殖能力超過未富集的細胞約4.6倍。

通過本研究，作者開(kāi)發了一(yī)套簡單高效的稀有細胞富集篩選方法，并在全血樣品和臨床胸腔積液樣品中(zhōng)進行初步實驗驗證。本研究成果未來有望發展成爲一(yī)種輔助臨床腫瘤診斷和精準醫學的實用化工(gōng)具。

Review

A state-of-the-art review of the fabrication and characteristics of titanium and its alloys for biomedical applications

Masoud Sarraf, Erfan Rezvani Ghomi, Saeid Alipour, Seeram Ramakrishna & Nazatul Liana Sukiman

DOI: 10.1007/s42242-021-00170-3 Downloaded: 1130 Clicked: 660 Cited: 0 Commented: 0(p.371-395) <Full Text>

Chinese summary <7> 新加坡國立大(dà)學Seeram Ramakrishna院士團隊 | 綜述：用于生(shēng)物(wù)醫學應用的钛及其合金的制造和特性

本綜述論文聚焦钛材料在生(shēng)物(wù)醫學方面的應用與其制造方法。自20世紀50年代以來，商(shāng)業純钛和钛合金一(yī)直是生(shēng)物(wù)醫學應用中(zhōng)最常用的材料之一(yī)。由于钛具有優異的機械摩擦性能、耐腐蝕性、生(shēng)物(wù)相容性和抗菌性能，因此它作爲植入物(wù)的生(shēng)物(wù)材料受到廣泛關注。此外(wài)，钛可以通過與植入部位的活性骨物(wù)理連接，無需任何額外(wài)的粘合劑即可促進骨整合。這些特性對于生(shēng)産用于生(shēng)物(wù)醫學應用的高強度金屬合金至關重要。钛合金分(fēn)爲α，β和α+β三種類型。對钛及其潛在應用的科學和臨床研究，特别是在生(shēng)物(wù)醫學領域，仍處于早期階段。本綜述旨在爲钛在生(shēng)物(wù)醫學中(zhōng)當前和未來的作用建立一(yī)個可信的平台。本文首先回顧了钛的發展曆史。然後，介紹了钛在各種生(shēng)物(wù)醫學領域的效用的最新進展、其功能特性、生(shēng)物(wù)相容性機制、宿主組織反應以及各種相關的抗菌策略。未來的研究将針對先進的制造技術，如粉末基增材制造、電子束熔化和激光熔化沉積，以及分(fēn)析合金元素對钛的生(shēng)物(wù)相容性、耐腐蝕性和機械性能的影響。此外(wài)，還讨論了二氧化钛納米管在再生(shēng)醫學和納米醫學應用中(zhōng)的作用，如局部藥物(wù)輸送系統、免疫調節劑、抗菌劑和血液相容性，并總結了钛合金作爲生(shēng)物(wù)材料的未來展望。

Perspective

Emerging trends and prospects of electroconductive bioinks for cell-laden and functional 3D bioprinting

Harish K. Handral, Vaishali P. Natu, Tong Cao, Jerry Y. H. Fuh, Gopu Sriram & Wen F. Lu

DOI: 10.1007/s42242-021-00169-w Downloaded: 882 Clicked: 577 Cited: 0 Commented: 0(p.396-411) <Full Text>

Chinese summary <7> 新加坡國立大(dà)學Gopu Sriram等 | 用于載細胞和功能性的生(shēng)物(wù)3D打印的導電生(shēng)物(wù)墨水新興趨勢和前景

本觀點論文聚焦導電生(shēng)物(wù)墨水在生(shēng)物(wù)3D打印中(zhōng)的應用和制造技術發展趨勢。生(shēng)物(wù)3D打印提供了一(yī)個獨特的生(shēng)物(wù)制造平台，即使用3D打印機和生(shēng)物(wù)墨水以空間/幾何控制和自動化的方式生(shēng)成功能性組織結構。生(shēng)物(wù)墨水作爲載體(tǐ)介質，爲可打印性、形狀保真度和支撐提供了理想的物(wù)理機械特性，以及爲活細胞在打印之前、期間和打印後提供生(shēng)物(wù)微環境。這些生(shēng)物(wù)墨水通常被認爲具有生(shēng)物(wù)相容性和生(shēng)物(wù)功能特性，可保持細胞活性，使得細胞具有附着、擴散、增殖、細胞-細胞和細胞-基質相互作用的能力。除了機械和生(shēng)物(wù)特性外(wài)，用于制造神經、骨骼和心肌組織等電活性組織的生(shēng)物(wù)墨水應具有适當的導電能力。電刺激（ES）是一(yī)種物(wù)理線索，在這些組織中(zhōng)的細胞信号傳導和功能中(zhōng)起着至關重要的作用。除了生(shēng)化和生(shēng)物(wù)物(wù)理線索外(wài)，電刺激還影響細胞增殖、組織修複和再生(shēng)的分(fēn)化。缺乏電刺激可導緻對細胞功能特征的不利影響，甚至導緻細胞死亡，特别是在心髒、神經和骨骼肌組織中(zhōng)。在生(shēng)物(wù)物(wù)理信号中(zhōng)，包含表面形貌、底物(wù)剛度、壓縮和拉伸，電場和磁場在細胞代謝功能和細胞分(fēn)化中(zhōng)起着至關重要的作用。使用電刺激的臨床指導研究表明，其可有效緩解疼痛，增強血液循環，減少血管和骨骼肌緊張，從而強調了點刺激對組織修複和再生(shēng)的重要性。

導電材料已經被研究用于組織工(gōng)程應用近十年，而功能活性導電生(shēng)物(wù)材料的3D打印仍處于早期和探索階段。具有固有導電性能的聚合物(wù)已被廣泛用于柔性電子學、生(shēng)物(wù)電子學和其他需要導電性能的應用。用于傳播電荷的導電聚合物(wù)的基本特征是基于離(lí)域電子通過共轭系統的運動以及電子通過電子交換通道在相鄰氧化還原位點之間的遷移。依靠獨特的聚合物(wù)特征，如電氣、機械穩定性，甚至生(shēng)物(wù)相容性，導電聚合物(wù)已經出現在3D打印和醫療保健行業中(zhōng)。用于生(shēng)物(wù)醫學應用的導電生(shēng)物(wù)材料包括聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PANI）、聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）、碳基生(shēng)物(wù)材料和金屬納米顆粒。

本文介紹了具有3D打印應用導電性能的生(shēng)物(wù)材料的最新發展，用于制造仿生(shēng)生(shēng)物(wù)3D打印細胞導電組織構建體(tǐ)的可行導電生(shēng)物(wù)墨水的策略，以及組織工(gōng)程和再生(shēng)應用的未來展望。

A framework for the sustainability implications of 3D bioprinting through nature-inspired materials and structures

Ruban Whenish, Seeram Ramakrishna, Amit Kumar Jaiswal & Geetha Manivasagam

DOI: 10.1007/s42242-021-00168-x Downloaded: 834 Clicked: 513 Cited: 0 Commented: 0(p.412-423) <Full Text>

Chinese summary <8> 新加坡國立大(dà)學Seeram Ramakrishna等 | 仿生(shēng)材料和結構3D打印中(zhōng)的可持續啓示

本觀點論文聚焦生(shēng)物(wù)3D打印與可持續性發展之間的關系。本文介紹了在生(shēng)物(wù)3D打印領域考慮各種可持續實踐的必要性，以及随着世界正在向碳中(zhōng)和努力，相應可持續性發展的生(shēng)物(wù)3D打印研究的方法。生(shēng)物(wù)3D打印是增材制造領域的獨特平台，用于創建模仿天然生(shēng)物(wù)成分(fēn)的複雜(zá)生(shēng)物(wù)物(wù)體(tǐ)。本文側重于可持續生(shēng)物(wù)材料的使用，仿生(shēng)結構和産品設計，能源可持續性概念以及生(shēng)物(wù)3D打印中(zhōng)循環經濟的實踐。本研究考慮了涉及節能、未利用原材料的最佳回收方法，最短生(shēng)産時間，碳排放(fàng)控制措施以及影響環境和人類社會生(shēng)活的其他因素的各種概念。本文旨在評估使用生(shēng)物(wù)3D打印技術創建的可持續解決方案；還讨論了各種生(shēng)物(wù)打印技術和材料的碳足迹，使讀者熟悉生(shēng)物(wù)3D打印技術中(zhōng)遵循的可持續材料和方法。本文還描述了生(shēng)物(wù)材料和生(shēng)物(wù)仿生(shēng)結構的使用，以減少碳足迹和保證生(shēng)物(wù)3D打印的可持續性。本文提供了一(yī)份關于生(shēng)物(wù)3D打印可持續性現狀的報告，并有望作爲未來工(gōng)作的基準。

Technical Note

Assembly of 3D-printed Ti scaffold and free vascularized fibula using a customized Ti plate for the reconstruction of mandibular defects

Chiyang Zhong, Yixuan Zhao, Hongyu Xing, Qingguo Lai, Runqi Xue, Tianxiang Song, Xiaopeng Tang, Kaiwen Zhu & Yanwei Deng

DOI: 10.1007/s42242-021-00181-0 Downloaded: 880 Clicked: 641 Cited: 0 Commented: 0(p.424-429) <Full Text>

Chinese summary <7> 山大(dà)二院來慶國、鍾馳陽、趙一(yī)炫等 | 3D打印钛植入物(wù)與血管化腓骨移植“組裝式”手術重建下(xià)颌骨

本Technical Note聚焦3D打印钛植入物(wù)與血管化腓骨移植“組裝式”手術重建下(xià)颌骨。提出以種植修複爲導向的3D打印钛假體(tǐ)及钛重建闆與自體(tǐ)腓骨“組裝”重建颌骨這一(yī)新技術，通過術前CT數據重建颌骨三維模型，設計并打印颌骨截骨導闆；以咬合功能重建爲導向，在缺損部位設計術後患者種植牙的植入位點，根據合适的種植牙冠根比例，設計腓骨瓣的移植高度及拼接方式，并打印腓骨截骨導闆；設計3D打印钛重建闆固定支撐腓骨瓣，其下(xià)方缺損由3D打印的多孔钛假體(tǐ)修複外(wài)形；依據術前設計的咬合修複方案，設計并打印種植導闆，完成種植手術。該技術解決了腓骨寬度與下(xià)颌骨高度不匹配的臨床問題，兼顧外(wài)形與美觀的修複，實現了颌骨結構與咬合功能全程數字化的精準重建。

Editorial

140 k vs 40 k! Does this journal need short papers?

Yizhou Miao & Yuehong Zhang

DOI: 10.1007/s42242-022-00185-4 Downloaded: 0 Clicked: 0 Cited: 0 Commented: 0(p.430-432) <Full Text>