南京工业大学陈苏教授Bioactive Materials：微流控3D生物打印技术构筑先进生物医学/电子双功能皮肤贴片-北京永康乐业科技发展有限公司

导读：

人造皮肤涉及多学科的努力，包括材料科学、生物学、医学和组织工程等。最近开展的研究旨在创造多功能、智能且能够再生组织的皮肤。近期，南京工业大学陈苏教授团队提出了一种由聚氨酯和生物活性玻璃（PU-BG）组成的专用3D打印墨水，并通过微流控3D生物打印（MRBP）技术制备出双功能皮肤贴片。相关研究以“Advanced biomedical and electronic dual-function skin patch created through microfluidic-regulated 3D bioprinting”为题目发表于期刊《Bioactive Materials》。

本文要点：

1、本研究采用微流控3D生物打印技术（MRBP）构筑了由聚氨酯和生物活性玻璃（PU-BG）组成的先进生物医学/电子双功能人造皮肤，其具有高度可控的微观结构和卓越的强度。

2、此外，进一步构建了一个不对称的三层结构，通过基于氢键和从亲水到超亲水的梯度结构的双重运输机制促进细胞附着和生长。

3、通过将生物医学皮肤与电子皮肤（e-skin）的特点相结合，实现了生物医学和电子双功能皮肤贴片。体内实验表明，这种皮肤贴片能够增强止血、抵抗细菌生长、刺激血管再生、加速愈合过程。

4、同时，它还能模仿自然皮肤的感觉功能，以实现信号检测，灵敏度高达5.87kPa，并且具有循环稳定性（超过500次循环）、0-150kPa的宽检测范围，在100kPa压力下具有0.1%的高压分辨率。

5、这项工作提供了一种通用而有效的方法来创建双功能皮肤贴片，并为伤口愈合和组织修复提供了新的见解，这对临床应用具有重要意义。

全文总结/概括：

微流控调节的3D生物打印技术（MRBP）在制作皮肤贴片中具有以下优势：

1、微观结构控制：MRBP技术能够精确控制皮肤贴片的微观结构，为细胞生长和组织再生提供理想的微环境。

2、细胞活性保护：打印过程中的温和条件有助于保持细胞的活性和功能，提高细胞在打印结构中的存活率。

3、形态和尺寸精度：MRBP技术确保打印出的皮肤贴片具有高保真度的形态和尺寸，满足特定的设计要求。

4、材料兼容性：该技术能够处理多种生物材料，包括天然和合成聚合物，以及生物活性成分。

5、分层结构设计：MRBP能够创建具有复杂分层结构的贴片，如亲水/超亲水/疏水层，以模拟天然皮肤的表皮和真皮结构。

6、功能集成：通过MRBP技术，可以在皮肤贴片中集成生物医学和电子功能，实现伤口监测和治疗的双重目的。

生物活性玻璃（BG）在皮肤贴片中扮演了什么角色？

1、促进组织修复：BG因其能够刺激生长因子的产生和增强细胞功能，成为促进血管再生和组织修复的有前途的添加剂。

2、增强生物相容性：BG与聚酯胺（PU）结合形成的打印墨水不仅生物相容性好，还能促进细胞迁移。

3、抗菌性能：BG释放的Ca²⁺、Zn²⁺和Si⁴⁺离子具有抗菌作用，有助于减少伤口感染。

4、止血功能：释放的Ca²⁺离子有助于促进凝血过程，加快止血。

图1.A）通过微流控3D生物打印技术制造生物医学和电子双功能皮肤贴片的示意图。B）生物医学和电子双功能皮肤贴片的优势，包括吸收伤口渗出液、抑制细菌感染、加速伤口愈合和信号传感。

图2.BG和PU-BG亲水层的制备。

图3.A）PU-PAA层和B）PCL层的SEM图像。C,D）外层和内层朝上时上下表面相对含水量的MMT结果。E）PU、PU-BG、PU-PAA和PCL层的显微IR图像。F）PU、PU-BG、PU-PAA和PCL层的FT-IR曲线。G）展示自泵皮肤贴片单向排液能力的照片。H）显示被动芯吸过程的简化机理示意图（插图显示垂直方向的过程）。I）超亲水层和疏水层的理论模拟计算。J）细胞迁移和吸附模拟。

图4.PU-BG层的抗菌性和生物相容性。

图5.A）照片显示了对照、PU-BG、PU-PAA和PU-BG/PU-PAA/PCL贴片的细胞迁移情况。比例尺为100μm。B）细胞迁移率的定量分析。C）体内肝止血以及D）对照、PCL、PU-PAA和三层皮肤贴片的相应止血时间。n=3，***P<0.01，***P<0.001，***<0.0001。E）BG负载三层皮肤贴片的伤口止血机制示意图。