随着新打印技术的发展，多材料生物3D打印技术正在不断发展中。在现有生物3D打印方法的基础上，通过重新设计、多功能设备结合组装从而形成拥有新的功能的复合打印技术。该技术还可以随着打印技术的发展，根据需要更换打印单元。目前，人体组织构建的制造技术已经有两种组合，一种是基于挤出和喷墨技术的复合制造方法用于皮肤打印，另一种是基于光固化和挤出的复合制造技术，用于构建含细胞的水凝胶结构。可以预见，在未来的多材料生物3D打印领域，微挤压、喷墨、立体光刻和基于微流控的生物3D打印等多种工艺的复合制造将是主要趋势之一。

想要了解生物3D打印，首先要对它有个基本的概念。生物3D打印是什么？要说明这个问题，我们首先要清楚生物3D打印的定义。广义上来讲，一切使用3D打印技术来实现的生物医学应用都属于生物3D打印范畴之内的东西，我们见过的一些3D打印制造的医疗辅助工具以及骨骼替代物都属于广义角度的生物3D打印。狭义上来讲，生物3D打印是指通过打印这一过程实现细胞的三维结构成型，也就是我们常说的细胞打印或器官打印，现阶段大多数与生物3D打印相关的研究都是从狭义角度开展的。

数字光处理（DLP）生物打印适用于构建具有复杂结构的组织，但是针对软组织的生物打印中，一直存在着难以在保证生物墨水打印性和打印结构复杂性的同时为其中的细胞提供适宜的微环境，成为DLP生物打印制造软组织的重要挑战。

本文来自本刊主编院士团队，介绍了一种可实现多工艺多材料同步构建的新型生物3D打印方法，该方法可以支持多种生物材料的同步沉积打印。本研究提出的多材料生物制造方法非常灵活，可适用于基于天然生物材料、合成生物材料、细胞聚集体或复合材料的生物墨水，并能准确复现异质组织的复杂组成。模块化的喷头设计增加了组合打印方法的灵活性，可以将挤出式、喷墨式、光固化式、静电纺丝等多种打印技术融合到打印过程中，也可根据制造精度或所选生物材料的要求进行个性化定制。利用上述功能完备的混合生物3D打印系统，可以实现在同一打印平台上构建无法用单一工艺打印的复杂异质组织或器官。

利用改造后的生物打印机，研究人员能够制造出一个复杂形状的血管支架，而不会造成细胞损伤或阻止细胞生长和功能，这是目前生物打印方法的常见挑战。通过3D生物打印的血管化心脏组织可以在6个月内保持活力和跳动，表明它有望成为未来生物打印功能组织和器官的一种可行方法。

生物3D打印是生物制造领域的一项重要技术，旨在创建功能性仿生结构。灵活自由、丰富多样且功能的生物3D打印技术通过将细胞、生物材料或生长因子组装成生物墨水来制造复杂的生物结构[1,2]。传统的生物3D打印技术现在面临着诸多挑战，包括打印水凝胶结构整体机械稳定性与构建体的生物微环境仿生程度和打印组织/器官的血管化等问题。科研人员已经普遍意识到，仅用单一材料构建功能齐全的组织/器官是不现实的。天然组织器官的复杂生物材料组成和细胞多样性，使得单一材料生物3D打印技术无法满足其体外构建的需求[3]。

采用单一工艺进行生物制造很难突破各种生物墨水材料带来的限制。为了充分发挥不同生物材料的特性，将多种打印工艺结合到一个装备平台上是有意义的。而且复杂异质组织器官具有宏-微-纳复合拓扑结构，难以用一种打印手段对各级精细结构进行完美呈现，因此我们需要将多种生物3D打印手段结合起来进行制造，譬如集成挤出式打印的多重墨水适配性与喷墨式打印的性可以对细胞和生物材料的空间分布进行更好的调控。现阶段我们仅能找到很少的案例进行过此类尝试，包括数字光处理（DLP）和挤出、挤出与静电纺丝的组合[6,7]，而这对于体外制造活性组织是远远不够的。

生物3D打印（3DBioprinting）技术利用3D打印机将含有细胞和生物材料的生物墨水（Bioink）打印出特定的形状结构，是最有希望实现在体外制造人类器官的新兴技术之一。然而，目前的生物3D打印机技术还无法制造具有生理功能且能够长期存活的复杂器官，其主要原因是现有的生物3D打印机只能在水平和竖直方向上地打印细胞，无法实现细胞和血管的有机融合，从而导致打印后的细胞缺少营养供给而难以长期存活。此外，为使逐层打印的生物墨水能够快速固定成型，现有生物3D打印技术均需在生物墨水中添加可固化的生物材料，这些材料虽然可以在短时间内固定细胞，但会显著影响细胞存活和功能。

为了解决当前存在的难题，本研究设计了一种基于多个喷头独立控制的生物3D打印方法，该方法可以支持多个喷头的同时打印。模块化设计增加了组合打印方法的灵活性，可以根据制造精度或所选生物材料的要求进行定制（如图1所示）。本文提出的多材料生物制造方法非常灵活，适用于基于天然生物材料、合成生物材料、细胞聚集体或复合材料的生物墨水，并能准确再现异质组织的复杂组成。由于采用模块化设计方法，同轴打印和嵌入式生物3D打印技术也可以轻松应用从而实现更复杂的人体组织/器官的构建。此外，还可以通过模块化设计引入其他基于喷嘴的打印方式，如基于液滴的挤出、静电纺丝等技术，以实现工艺融合的复合制造。

除了过程中的复合制造，多材料生物3D打印技术还可以通过使用更先进的材料来得到进一步发展，利用自组装材料实现含细胞精细微结构或生物特异性组织。研究表明，使用自愈性悬浮液可以更自由地在液体中构建复杂结构。此外，多材料生物3D打印可以通过牺牲墨水材料、实现多层管状血管的构建，以及引入响应材料作为生物墨水来实现4D打印在生物制造中的集成，从而改进当前的单一材料设计。

生物打印是3D打印技术中重要的分支，指将细胞、生长因子及支架结合在一起形成完整的整体结构，同时能实现不同类型细胞在支架内部的准确定位，通过细胞、生长因子及支架之间的相互作用，通过软件分层离散和数控成型的方法将生物材料和"生物墨水"定位装配，从而制造出个性化医疗器械、辅助器具、组织工程支架、组织器官甚至生命体等制品，实现组织功能化。通俗来讲，就是通过3D打印技术，将含有活细胞的生物相容性材料打印成三维功能化的活组织。在再生医学领域，3D生物打印具有独特优势。

利用上述功能强大的复合生物3D打印平台，可以构建一些单一方法无法打印的复杂异质组织/器官。作为演示，使用所提出的基于多喷头的多材料打印方法打印全层血管化皮肤补片模型和三层管状类血管模型。如图2a所示，设计的皮肤补片模型可以通过传统挤出、同轴挤出、喷墨和基于光辅助的打印技术结合来制造。图2ai-2aiv表示皮肤补片模型的层、皮下血管、微血管层和表皮层的构建。可以发现，构建全层血管化皮肤补片模型所需的生物材料因层而异，而本文的多材料生物3D打印技术能够在合理的短时间内准确复现实际皮肤组织模型。

物打印技术应用于生物医疗，初期只能打印包括骨、软骨、血管神经、肌腱、牙齿和皮肤组织等的3D支架，目前已经逐步发展到可以打印如肝、肾、心脏等具有较复杂结构和生物组成的器官原型。