摘要：

天然組織在結構上復雜且本質上是異質的，并由致密的脈管系統組成，以促進營養和趨化因子的運輸。為了模仿天然組織的功能，生物打印方法應該能夠捕捉組織異質性并創建血管化支架。立體光刻 (SLA) 生物打印是制造高分辨率解剖學上準確的組織類似物的有前途的過程。然而，未優化的生物墨水和支架設計不佳限制了 SLA 生物打印的能力。鑒于這些挑戰，提出了一種獲得 SLA 生物打印兼容明膠甲基丙烯酰 (GelMA) 生物墨水的方法，該生物墨水在室溫下保持低粘度液態。該方法考慮了 GelMA 合成參數溶劑、pH 和持續時間；調整終產品。獲得的生物墨水表現出優異的光聚合動力學、生物相容性和可印刷性。添加三組分光引發劑進一步提高了生物墨水對可見光的敏感性，并導致光聚合加速。打印時間幾乎減半，并且可以用較低的 GelMA 濃度形成結構穩定的結構。接下來，開發了一個數值模型來預測掩模光聚合中的水凝膠形成。考慮到生物墨水中化學物質的真實高斯照明和擴散傳輸，該模型能夠預測打印偽影，如水凝膠形狀中的過度交聯和變形。后一步，提出了一種受樹葉和樹木生長啟發的血管網絡生成方法。在醫學圖像衍生的組織結構和孔隙率的指導下，形成了生物學相關的脈管系統。通過研究養分運輸，獲得了復雜性增加的優化網絡。結合起來，所描述的生物墨水和數值模型為設計具有嵌入式異質性和內在脈管系統的組織模擬物提供了有效的工具，以實現天然組織的功能。

機械測試：

通過在經歷光聚合的生物墨水上施加正弦剪切載荷來記錄合成 GelMA 的光交聯動力學。GelMA bioink 用 10% (w/v) 大分子單體制備。垂直軸微機械測試機（Mach-1 v500c，Biomomentum Inc.，蒙特利爾，QC，加拿大）用于施加正弦變形并記錄固化水凝膠的力響應。通過連接 3-（三甲氧基甲硅烷基）甲基丙烯酸丙酯 (TMSPMA) (Sigma-Aldrich) 涂層玻璃板來修改探針和平臺。通過將 100 L 的預聚物溶液夾在探針和平臺玻璃板之間來加載 GelMA 樣品，在所有測量中保持 2 mm 的間距。在探頭上施加正弦位移，振幅為 0.5 mm，頻率為 1 Hz。記錄所有測量的持續時間為 1000 秒。使用 DLP 投影儀作為照明源，放置在距離 20 cm 處，強度為 48.6 mW/cm2，模擬前面描述的生物打印設置。