Journal of Zhejiang University

Current Issue: <BDM>

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

Welcome your submissions (https://www.editorialmanager.com/bdmj).

All articles will be freely available during 2018 and 2019.

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

2023 Vol.6 No.1 P.1-97

Cover:

<165>

<<< CONTENTS >>>

Research Article

Microcapillary cell extrusion deposition with picolitre dispensing
resolution

Saeed Fathi, Iek Man Lei, Yang Cao & Yan Yan Shery Huang

DOI: 10.1007/s42242-022-00205-3 Downloaded: 516 Clicked: 483 Cited: 0 Commented: 0(p.1-11) <Full Text>

Chinese summary <25> 劍橋大(dà)學Saeed Fathi等 | 具有皮升級别精度的微毛細管細胞擠出打印

本研究論文聚焦單細胞精度生(shēng)物(wù)3D打印工(gōng)藝技術。基于擠出式方法的細胞沉積技術已成爲一(yī)種重要的技術，它可以擴展生(shēng)物(wù)打印應用。然而，納升或更高數量級的打印精度一(yī)直限制着擠出式打印。雖然所獲得的好處仍不明确，将打印精度提高到單個細胞精度的需求推動了精準擠出的發展。這裏，在原位成像技術的幫助下(xià)，我(wǒ)們通過具有皮升精度的微毛細管尖端在空氣中(zhōng)或浸入條件下(xià)的擠出方法，探究該過程中(zhōng)細胞組織的動力學。我(wǒ)們通過在不混溶介質中(zhōng)的産生(shēng)着色墨水液滴的方法來證明這套名爲“Picodis”的微毛細管擠出裝置。接下(xià)來，使用3T3成纖維細胞作爲實驗模型，展示了細胞懸浮液和預聚集細胞顆粒的擠出沉積。然後，描述了微毛細血管尖端内細胞的動态組織，以及在離(lí)開(kāi)尖端開(kāi)口時細胞的排出和沉積。通過視覺輔助方法，揭示了當細胞分(fēn)散在培養基中(zhōng)時，其獨特的基于流量剖面的運動，該運動僅僅受到狹窄尖端内的層流流動驅動。研究中(zhōng)，主要的工(gōng)藝限制是細胞沉降、聚集和擠壓，以及含有的氣泡。雖然使用皮升級精度微毛細管擠出能在某種程度上控制少量細胞，但是在需要特定數量的細胞時，這種方法不一(yī)定可靠。我(wǒ)們的研究提供了針對高精度細胞墨水擠出時受到的工(gōng)藝限制的見解，這可能有助于優化生(shēng)物(wù)醫學研究中(zhōng)對載細胞結構制造的工(gōng)藝。

Three-dimensional kagome structures in a PCL/HA-based hydrogel scaffold to lead slow BMP-2 release for effective bone regeneration

Se-Hwan Lee, Kang-Gon Lee, Jaeyeon Lee, Yong Sang Cho, Min-Soo Ghim, Soojin Kim, Su-Jin Heo, Yongdoo Park, Young-Sam Cho & Bu-Kyu Lee

DOI: 10.1007/s42242-022-00219-x Downloaded: 583 Clicked: 526 Cited: 0 Commented: 0(p.12-25) <Full Text>

Chinese summary <22> 高麗大(dà)學Park等 | 聚己内酯/透明質酸水凝膠打印的三維kagome結構支架使BMP-2緩慢(màn)釋放(fàng)以實現有效的骨再生(shēng)

本研究論文聚焦聚己内酯/透明質酸水凝膠打印的三維kagome結構支架使BMP-2緩慢(màn)釋放(fàng)以實現有效的骨再生(shēng)。在骨病中(zhōng)，在移植部位周圍沒有骨組織或骨組織狀況不佳的情況下(xià)，骨傳導功能非常低。因此，臨床治療需要骨傳導性和骨誘導性方面的有效骨移植。最近，三維（3D）kagome（截半六邊形鑲嵌）結構的機械性能被證明有利于骨組織再生(shēng)。在這項研究中(zhōng)，研究人員(yuán)使用3D打印技術制造了含有透明質酸（HA）基水凝膠的聚己内酯（PCL）kagome結構支架。用大(dà)鼠顱骨皮下(xià)模型在體(tǐ)内評估水凝膠在支架中(zhōng)的保留能力3周，并将結果與使用含有HA基水凝膠的常規3D打印PCL網格結構支架，還有塊狀HA基水凝膠獲得的結果進行比較。通過體(tǐ)内成像系統分(fēn)析進一(yī)步評估了kagome結構支架中(zhōng)殘留的水凝膠。爲了進一(yī)步增強kagome結構支架的骨誘導性，制備了含有HA水凝膠的骨形态發生(shēng)蛋白(bái)-2（BMP-2）的PCL kagome結構支架，并将其植入兔的顱骨缺損模型中(zhōng)16周。通過H&E、Masson的三色染色和顯微CT圖像分(fēn)析評估骨再生(shēng)特征。

Design, fabrication, and structural safety validation of 3D-printable biporous bone augments

Yeokyung Kang, Dasol Lim, Doo-Hoon Sun, Jong-Chul Park & Jungsung Kim

DOI: 10.1007/s42242-022-00214-2 Downloaded: 542 Clicked: 540 Cited: 0 Commented: 0(p.26-37) <Full Text>

Chinese summary <21> 韓國Jungsung Kim等 | 可三維打印的雙孔結構骨增量裝置的設計、制造和結構安全性驗證

本研究論文設計、制造了一(yī)種新型骨增量裝置并對其進行安全性驗證。對于有嚴重骨缺損的患者，使用商(shāng)業産品如髋臼杯和襯墊進行全髋關節置換手術，失敗的可能性很大(dà)。對于這些患者，單靠髋臼杯不能覆蓋骨缺損處，因此需要額外(wài)的骨增量裝置或固定支架。本研究設計了可三維（3D）打印的骨增量裝置，作爲使用固定支架手術的替代方案。該增量裝置具有雙孔結構，以減輕整體(tǐ)重量并促進骨生(shēng)長，同時利用兩種框架來防止對多孔結構的損害，并在打印過程中(zhōng)保持整體(tǐ)穩定性。此外(wài)還設計了兩種類型的孔，以便在不同角度固定假體(tǐ)。本研究3D打印了35個不同大(dà)小(xiǎo)的具有尖銳邊緣的骨增量裝置，并對有限元分(fēn)析結果最不理想的試樣進行疲勞測試，結果證實了試樣在5340 N載荷下(xià)的結構穩定性。在實驗中(zhōng)測得試樣的孔隙率爲63.70%，但孔隙率測試是局部随機進行的，因此不能證明孔隙率是均勻分(fēn)布的。綜上所述，本研究提出了能夠通過成角螺絲孔和底面螺絲孔雙向和不同角度進行連接的3D打印雙孔骨增量裝置。該裝置的力學試驗結果表明其結構安全性良好。然而，更深入的研究該裝置的臨床應用依然是必要的。

Junction matters in hydraulic circuit bio-design of microfluidics

Yao Lin, Dongliang He, Zerui Wu, Yurou Yao, Zhanhao Zhang, Yuheng Qiu, Shan Wei, Guangzhu Shang, Xingyue Lei, Ping Wu, Weiping Ding & Liqun He

DOI: 10.1007/s42242-022-00215-1 Downloaded: 510 Clicked: 526 Cited: 0 Commented: 0(p.38-50) <Full Text>

Chinese summary <22> 中(zhōng)國科學技術大(dà)學何立群等 | 基于微流控輸運網絡節點阻力特征的微流控芯片精準設計方法

本研究論文聚焦基于微流控輸運網絡節點阻力特征的微流控芯片精準設計方法。微流控通道内流體(tǐ)的流動特征爲層流，故通道内壓降與流量呈線性相關，其比值稱爲阻力，取決于通道的尺寸與動力粘度。通常，微流控芯片設計方法類似于電路設計，主要關注直管段尺寸布置。其實，水力網絡設計與電路設計略有不同。體(tǐ)現在節點上，電路局部電壓損失可以忽略不計，但流體(tǐ)局部壓降相對于直管段壓降不能忽略。本文着重解決常見節點局部阻力計算方法，通過數值計算建立了微流體(tǐ)局部阻力構件庫。據此，建立了模塊化的微流控芯片設計方法。我(wǒ)們設計幾組實驗檢驗所建立的方法。其中(zhōng)，通過阿黴素刺激内皮細胞後觀察和分(fēn)析内皮細胞的反應來進行最終的判斷。結果表明，考慮局部阻力後，微流控芯片分(fēn)配組分(fēn)的精度獲得極大(dà)提高，表明在設計中(zhōng)考慮局部阻力是十分(fēn)必要的。本文所建立的設計方針有助于微流控芯片更加準确地用于單分(fēn)子水平的分(fēn)析與檢測，甚至設計更爲精準的器官芯片。

Review

Novel structural designs of 3D-printed osteogenic graft for rapid angiogenesis

Weiying Lu, Yang Shi & Zhijian Xie

DOI: 10.1007/s42242-022-00212-4 Downloaded: 509 Clicked: 444 Cited: 0 Commented: 0(p.51-73) <Full Text>

Chinese summary <20> 浙江大(dà)學謝志(zhì)堅等 | 促進3D打印成骨移植物(wù)内血管快速生(shēng)成的創新結構設計

本綜述論文聚焦于3D生(shēng)物(wù)打印促進骨再生(shēng)中(zhōng)的結構和血運重建之間的關系。由于血運重建的困難，大(dà)段骨缺損的再生(shēng)一(yī)直被認爲是一(yī)個具有挑戰性的臨床問題。同時骨缺損在臨床的常規治療中(zhōng)存在着一(yī)些缺點，例如二次傷害、免疫和潛在感染。然而，3D打印技術可以作爲一(yī)種有效的方法來實現令人滿意的血管再生(shēng)，同時彌補上述局限性。在3D打印支架的設計過程中(zhōng)，可以使用多種方法來促進血液供應。重要的是，支架結構爲整個印刷物(wù)體(tǐ)奠定了基礎；任何促進血管生(shēng)成的方法隻有基于精心設計的支架才能有效。本文通過收集近年來的文獻，總結了與血管生(shēng)成相關的不同設計，并将其分(fēn)爲四大(dà)類進行詳細讨論，從基本的多孔支架到最先進的類骨支架。最後，通過對上述結構的分(fēn)析，提出了實現快速血管生(shēng)成的結構設計建議，希望能爲未來3D打印實現骨缺損修複和再生(shēng)提供參考。

Technical Note

Facile suspension culture protocol of the liver biliary organoids

Jin Chen, Jiting Zhang, Li Yang & Bing Zhao

DOI: 10.1007/s42242-022-00213-3 Downloaded: 458 Clicked: 447 Cited: 0 Commented: 0(p.74-81) <Full Text>

Chinese summary <20> 複旦大(dà)學趙冰等 | 人膽道類器官的簡易懸浮培養方案

本Technical Note聚焦膽道類器官的新型培養方式——懸浮培養。類器官是細胞在體(tǐ)外(wài)自組裝或保留源結構形成的3D培養物(wù)。類器官較好地保留源結構的特性與功能，正成爲生(shēng)物(wù)基礎研究、醫學乃至環境生(shēng)物(wù)學等多領域的熱點。膽道類器官是來源于膽道的類器官。膽道類器官是研究肝膽疾病的良好模型，同時小(xiǎo)鼠和離(lí)體(tǐ)人源肝髒模型均顯示：膽道類器官能再生(shēng)部分(fēn)膽道，具有再生(shēng)潛能。此外(wài)，膽管細胞可轉化生(shēng)成肝實質細胞；因此膽道類器官有望作爲肝實質細胞來源候選庫，應用于肝實質細胞療法，緩解臨床肝髒移植供體(tǐ)短缺的壓力。膽道類器官的各項應用需要類器官培養量的支持。常規培養膽道類器官的方式是将類器官包埋于基質膠内，再覆沒培養基，即靜态培養。靜态培養難以實現規模化，且操作相對冗雜(zá)。在本次研究中(zhōng)，我(wǒ)們将基質膠與培養基混合，形成基質膠懸液，構建了膽道類器官的懸浮培養方案。結果顯示，懸浮培養能維持兩種膽道類器官（成人膽管類器官HBD和人胚膽囊類器官FGO）的正常增殖，保留特性，在增殖能力和培養容量上更具優勢。該方案有望實現膽道類器官的規模化培養，對接膽道類器官的多樣應用前景。

An innovative orbital implant positioner for the proper restoration of eye-socket defects

Marco Mandolini, Agnese Brunzini, Manila Caragiuli, Alida Mazzoli & Mario Pagnoni

DOI: 10.1007/s42242-022-00217-z Downloaded: 429 Clicked: 401 Cited: 0 Commented: 0(p.82-89) <Full Text>

Chinese summary <18> 意大(dà)利Marco Mandolini等 | 用于正确修複眼窩缺損的創新眼眶植入物(wù)定位器

本Technical Note聚焦采用3D打印技術制造的創新植入物(wù)定位器設計與臨床應用。眼眶壁和眶底的骨折必須适當處理，以避免出現嚴重疾病。這導緻解剖重建工(gōng)作特别具有挑戰性：主要問題是植入物(wù)在眼窩上的正确形狀、放(fàng)置和方向。現有的新定制植入物(wù)成型模具，可用于塑造患者特定的植入物(wù)。然而，它仍然沒有解決植入物(wù)在骨折的眶腔中(zhōng)的定位。本研究旨在設計、開(kāi)發和評估一(yī)種創新的種植體(tǐ)定位器，以與上述種植體(tǐ)成形模具的優化版本一(yī)起使用。新的醫療器械将與钛網和去(qù)抗原骨植入物(wù)配合使用，具有易于使用、成本低，并且可以多次重複使用的優點。它由兩個耦合和鉸鏈手柄組成，用于抓取植入物(wù)，以及定位器本體(tǐ)，用于将植入物(wù)正确地放(fàng)置和定向。本研究采用激光燒結技術在聚酰胺中(zhōng)打印模具和新器械。在種植體(tǐ)成形、定位和定向精度方面獲得了良好的結果。植入物(wù)形狀及其在中(zhōng)外(wài)側方向的位置分(fēn)别實現了0.1 mm和1.3 mm的精度，圍繞眶緣的平均旋轉不良角約爲6°。

High-efficiency 3D cell spheroid formation via the inertial focusing effect in rotating droplets

Tan Tang, Peipei Zhang, Yanran Wei, Hongxing Jia, Lin Feng & Ye Xu

DOI: 10.1007/s42242-022-00211-5 Downloaded: 413 Clicked: 420 Cited: 0 Commented: 0(p.90-97) <Full Text>

Chinese summary <20> 北(běi)航徐晔等 | 基于旋轉懸滴中(zhōng)慣性流的粒子聚集效應高效制備三維細胞模型

本Technical Note聚焦利用旋轉懸滴中(zhōng)慣性流的粒子聚焦效應快速制備三維細胞模型的方法。三維細胞培養技術是體(tǐ)外(wài)生(shēng)物(wù)研究的重要工(gōng)具，近年來得到不斷發展。但是現有三維細胞培養技術仍然存在制備時間長、模型均一(yī)性差、尺寸不可控的問題。在本次研究中(zhōng)，我(wǒ)們利用慣性流的粒子聚焦效應開(kāi)發了一(yī)種簡單又(yòu)高效的三維細胞模型制備方法。這種方法可以将三維細胞模型的制備時間縮短到12小(xiǎo)時，與傳統方法相比明顯提升了制備效率。由于慣性流的粒子聚焦效應，懸液中(zhōng)的細胞首先被快速聚焦到底部，極大(dà)地提高了在後續培養中(zhōng)形成單一(yī)細胞球的效率。我(wǒ)們可以改變懸液中(zhōng)的細胞數量，來調控所制備細胞模型的尺寸。另外(wài)，改變懸滴的形狀可以制備出不同形狀的三維細胞模型。利用這種方法，我(wǒ)們開(kāi)發了三種細胞共培養模型來模拟體(tǐ)内細胞與外(wài)環境相互作用的不同狀态。爲了驗證方法的實用性，我(wǒ)們使用該方法制備三維腫瘤球進行抗癌藥物(wù)檢測和毛囊幹細胞球進行幹細胞分(fēn)化實驗。本文介紹的方法有望在藥物(wù)篩選、組織工(gōng)程和生(shēng)物(wù)醫學研究中(zhōng)發揮重要作用。