本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于基于光的生物打印應(yīng)用的生物墨水水溶液、使用含有活細(xì)胞的生物墨水水溶液的方法和使用不含活細(xì)胞(無(wú)細(xì)胞)的生物墨水水溶液的方法。更具體地，本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于基于光的生物打印應(yīng)用的生物墨水水溶液，以及如獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分中所限定的使用該生物墨水水溶液的方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，3d生物打印技術(shù)已成為創(chuàng)建具有不同復(fù)雜程度的可定制支架或組織以應(yīng)用于組織工程、再生醫(yī)學(xué)、微流控、藥物發(fā)現(xiàn)等的創(chuàng)新工具的最前沿。3d生物打印平臺(tái)有多種模式，例如噴墨生物打印、擠出生物打印、數(shù)字光處理(digital?light?processing，dlp)生物打印、激光輔助生物打印[1]。其中，dlp生物打印因其在創(chuàng)建高度復(fù)雜的3d組織、仿生支架以及微流控芯片方面的優(yōu)異的打印速度、分辨率、可擴(kuò)展性和通量(throughput)而脫穎而出。

2、dlp生物打印使用由數(shù)百萬(wàn)個(gè)微鏡構(gòu)成的數(shù)字微鏡器件(digital?micromirrordevice，dmd)來(lái)調(diào)整投射到光聚合物溶液上的光圖案。光聚合物溶液的曝光區(qū)域?qū)⒈还饨宦?lián)。通過(guò)協(xié)調(diào)所投射光圖案的變化和運(yùn)載正在打印的樣品的電動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)，可逐層或連續(xù)打印3d結(jié)構(gòu)[2–6]。所投射光圖案的設(shè)計(jì)可來(lái)源于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer?aideddesign，cad)模型以及醫(yī)學(xué)成像數(shù)據(jù)例如磁共振成像(magnetic?resonance?imaging，mri)和計(jì)算機(jī)斷層成像(computerized?tomography，ct)掃描，使得能夠制造高度復(fù)雜的生物醫(yī)學(xué)裝置(例如，微流控芯片)和患者特異性組織模型或植入物。

3、所打印結(jié)構(gòu)的品質(zhì)或保真度與橫向方向和軸向方向二者上的打印分辨率直接相關(guān)。盡管可通過(guò)投射光學(xué)更好地控制橫向分辨率以達(dá)到微米級(jí)或甚至亞微米級(jí)(在dlp打印中，已在商業(yè)上實(shí)現(xiàn)了2μm橫向分辨率)，但軸向分辨率取決于光聚合物溶液中所投射光穿透深度，其通常比軸向分辨率差10至100倍(例如，dlp打印的典型軸向分辨率＝數(shù)百微米至毫米)[7]。為了提高基于光的生物打印(包括dlp生物打印和激光輔助生物打印二者)中的軸向分辨率，已將光吸收劑(例如，檸檬黃、喹啉黃)添加至預(yù)聚物溶液以降低光穿透深度[6]。

4、用于基于光的生物打印(包括dlp生物打印和激光輔助生物打印)的預(yù)聚物溶液的另一關(guān)鍵組分是光引發(fā)劑。因?yàn)橛糜谏锎蛴〉念A(yù)聚物溶液通常是水性的以允許在生物打印過(guò)程期間或之后并入活細(xì)胞，所以光引發(fā)劑必須是水溶性的。更重要的是，為了對(duì)功能性組織和支架進(jìn)行生物打印以用于體外和體內(nèi)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用(例如，組織工程、藥物測(cè)試、移植、細(xì)胞和組織治療等)，光引發(fā)劑必須是生物相容的，具有極小細(xì)胞毒性和對(duì)人健康的極小不良副作用。

5、?；戊⑺徜?lithium?acylphosphinate，lap)(一種鋰鹽)，已在預(yù)聚物水溶液中與光吸收劑(即，檸檬黃、喹啉黃)一起使用以用于制造復(fù)雜的3d水凝膠[6,8,9]。然而，已知鋰鹽能引起腎損傷以及對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和腎系統(tǒng)的不良作用[10,11]。還有研究發(fā)現(xiàn)lap可潛在地?fù)p傷細(xì)胞膜，導(dǎo)致在基于光的生物打印之后細(xì)胞生存力受損[10,11]。已知鋰離子在腎集合管細(xì)胞中積累，導(dǎo)致腎損傷和疾病，這是針對(duì)神經(jīng)障礙的鋰治療的常見(jiàn)副作用[10,12,13]。這樣的鋰細(xì)胞毒性的原因是細(xì)胞膜上的內(nèi)流鈉通道對(duì)鋰離子具有比對(duì)鈉離子更高的親和力，而鈉外流atp酶泵對(duì)鋰具有比對(duì)鈉更低的親和力，這導(dǎo)致鋰在細(xì)胞內(nèi)的過(guò)度積累[10,12,13]。

6、因此，本領(lǐng)域中需要提供符合基于光的3d打印領(lǐng)域內(nèi)對(duì)分辨率和生物相容性的高需求的替代和/或改善的生物墨水溶液。另外，需要具有低細(xì)胞毒性的替代和/或改善的生物墨水溶液，從而允許在該生物墨水溶液中使用活細(xì)胞材料。另外，還需要替代和/或改善的光引發(fā)劑以及需要替代和/或改善的光吸收劑以用于制造復(fù)雜的3d結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)內(nèi)容的一個(gè)目的是減輕、緩解或消除現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足和缺點(diǎn)中的一者或更多者，并解決至少一個(gè)或更多個(gè)上述問(wèn)題和需求。

2、消除與鋰相關(guān)的細(xì)胞毒性的一個(gè)意想不到的解決方案是使用天然存在于人體液中的金屬離子來(lái)代替金屬-?；戊⑺猁}(金屬-ap)光引發(fā)劑中的鋰，從而獲得改善的生物相容性。這樣的生理相關(guān)金屬離子包括但不限于鈉、鎂、鈣和鉀。雖然文獻(xiàn)[9]中已經(jīng)合成了?；戊⑺徕c和?；戊⑺徭V，但是據(jù)本發(fā)明人所知，還沒(méi)有已公開(kāi)的研究將它們與光吸收劑在預(yù)聚物溶液中結(jié)合，以使用基于光的生物打印平臺(tái)來(lái)生物打印高保真度的復(fù)雜的3d無(wú)細(xì)胞支架或負(fù)載細(xì)胞的組織構(gòu)建體，從而用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用。此外，除了包含鋰的金屬-?；戊⑺猁}之外，沒(méi)有任何其他金屬-?；戊⑺猁}的可用商業(yè)產(chǎn)品。

3、根據(jù)第一方面，提供了用于基于光的生物打印應(yīng)用的生物墨水水溶液，其包含：0.5至95w/v(％)水溶性可光交聯(lián)預(yù)聚物；0.001至5w/v(％)生物相容性金屬?；戊⑺猁}光引發(fā)劑；0.001至10w/v(％)生物相容性光吸收劑；和5至99.5w/v(％)溶劑。

4、根據(jù)第二方面，提供了在基于光的生物打印平臺(tái)上使用根據(jù)第一方面的生物墨水水溶液用于創(chuàng)建負(fù)載細(xì)胞的組織或水凝膠構(gòu)建體或支架的方法，該方法例如用于細(xì)胞包封、接種、體外組織工程、疾病建?；蛩幬锇l(fā)現(xiàn)，其中將細(xì)胞與生物墨水水溶液混合至期望濃度并隨后加載至生物打印平臺(tái)以創(chuàng)建包含細(xì)胞的3d組織、水凝膠構(gòu)建體或支架，并在此后使用該包含細(xì)胞的3d組織、水凝膠構(gòu)建體或支架以用于細(xì)胞包封、接種、體外組織工程、疾病建?；蛩幬锇l(fā)現(xiàn)。

5、根據(jù)第三方面，提供了在基于光的生物打印平臺(tái)上使用根據(jù)第一方面的生物墨水水溶液以創(chuàng)建無(wú)細(xì)胞的組織或水凝膠構(gòu)建體或支架的方法，該方法例如用于體內(nèi)植入、體外細(xì)胞接種和治療性應(yīng)用，其中將具有期望組成的生物墨水水溶液直接加載在基于光的生物打印平臺(tái)上以創(chuàng)建無(wú)細(xì)胞的3d組織、水凝膠構(gòu)建體或支架，并在此后使用該3d組織、水凝膠構(gòu)建體或支架以用于體內(nèi)植入、體外細(xì)胞接種或治療性應(yīng)用。

6、根據(jù)以下給出的具體實(shí)施方式，本公開(kāi)內(nèi)容將變得明顯。具體實(shí)施方式和具體實(shí)例僅通過(guò)舉例說(shuō)明的方式公開(kāi)了本公開(kāi)內(nèi)容的優(yōu)選實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員從具體實(shí)施方式的指導(dǎo)中理解，可以在本公開(kāi)內(nèi)容的范圍內(nèi)進(jìn)行改變和修改。

7、因此，應(yīng)理解，本文中公開(kāi)的公開(kāi)內(nèi)容不限于所描述的裝置的特定組成部分或所描述的方法的步驟，因?yàn)檫@樣的裝置和方法可以變化。還應(yīng)理解，本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅出于描述特定實(shí)施方案的目的，而不旨在進(jìn)行限制。應(yīng)注意，除非上下文另外明確指出，否則如說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中所使用的冠詞“一個(gè)/種”(“a/an”)和“該/所述”(“the/said”)旨在意指存在一個(gè)或更多個(gè)該要素。因此，例如，提及“單元”或“該單元/所述單元”可以包括數(shù)個(gè)裝置，依此類推。此外，詞語(yǔ)“包含”、“包括”、“含有”和類似的詞語(yǔ)不排除其他要素或步驟。

8、定義

9、縮寫(xiě)(shortage)“ap”是指?；戊⑺猁}。

10、“生物相容性”材料意指該材料對(duì)活組織無(wú)害或無(wú)毒。材料(例如生物墨水或生物墨水的成分)的生物相容性可取決于例如細(xì)胞類型、生物墨水的其他組分和打印條件。

11、“組織、水凝膠構(gòu)建體或支架”在本公開(kāi)內(nèi)容的上下文中意指通過(guò)使用本公開(kāi)內(nèi)容的生物墨水水溶液所產(chǎn)生的具有或不具有細(xì)胞的任何3d生物打印的產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)。

12、本公開(kāi)內(nèi)容的生物墨水水溶液的成分的濃度值以最終生物墨水溶液的重量/體積(也縮寫(xiě)為w/v(％))給出。