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这种花粉衍生的墨水在沉积在表面上时能够保持其形状，使其成为目前用于生物医学 域3D打印（也称为生物打印）的墨水的可行替代品。此类墨水通常柔软细腻，因此在生物打印机逐层沉积墨水时，很难保持 终产品所需的3D形状和结构。
为了说明他们基于花粉的3D打印墨水的功能，新加坡南洋理工大学的科学 打印了 个生物组织“支架”，在实验室研究中表明它适合细胞粘附和生长，这对组织再生至关重要。
研究小组表示，这种花粉的新用途，在科学期刊《 进功能材料》的封面特写的 篇科学论文中有所描述，突出了其作为当前生物印刷油墨的可持续替代材料的潜力。
该研究的共同主要作者南大材料科学与工程学院的ChoNam-Joon教授说：“生物打印可能具有挑战性，因为所使用的墨水材料通常太软，这意味着预想产品的结构可能会在打印过程中崩溃。印刷。通过调整向日葵花粉的机械性能，我们开发了 种基于花粉的混合墨水，可用于打印具有良好结构完整性的结构。利用花粉进行3D打印是 项重大成就，因为制作花粉墨水的过程是可持续且价格合理的。鉴于有许多类型的花粉种类具有不同的大小、形状和表面特性，花粉微凝胶悬浮液有可能被用来创造 类新的环保3D打印材料。”
该研究的共同主要作者，来自南大化学与生物医学工程学院的宋居哈助理教授说：“我们的研究结果可以为定制的柔性膜打开新的大门，这些膜完全适合人体皮肤的轮廓，例如伤口敷料贴片或面膜。这种柔软而有弹性的薄膜通常是基于平面几何形状制造的，因此当应用于大面积皮肤（例如面部或关节等经常运动的区域）时，会导致诸如层破裂或贴合不良等问题。使用我们基于花粉的3D打印墨水，这种墨水具有生物相容性、柔韧性和低成本，我们可以制造出适合人体皮肤轮廓并且能够弯曲而不会断裂的膜。”
该研究团队还包括来自韩国朝鲜大学的助理教授JangTaesik。
加州大学洛杉矶分校化学与生物化学、生物工程和材料科学与工程特聘教授PaulS.Weiss教授（未参与该研究）说：“花粉是 种迷人且可持续的生物纳米材料，具有无数用途。Song、Cho和他们的团队现在已将其添加到可以通过增材制造、3D打印进行更大规模构建的武器库中，方法是将其整合到墨水中。”
斯坦福医学院肝炎和肝组织工程中心主任JeffreyS.Glenn博士（未参与该研究）补充说：“这是 篇非常令人兴奋的论文，展示了3D打印定制结构的能力，用于制造和以可持续、廉价且无毒的材料输送药物。”
如何开发基于花粉的混合墨水
当今使用 广泛的生物打印方法是基于挤出的生物打印，其中墨水从喷嘴连续分配并沿数字定义的路径沉积，以逐层制造3D结构。
这种方法的挑战之 是难以在没有额外支撑的情况下保留软质精细材料（如水凝胶、细胞和生物聚合物）的3D结构和形状。通常使用称为支持矩阵的结构，在打印过程中软墨水沉积在该结构中。然而，这会造成浪费，因为打印后支撑矩阵变得无法使用。
宋助理教授说：“之前的研究工作重点是通过将水凝胶与纤维或颗粒混合来开发特殊的生物墨水，以实现高效的沉积和可印刷性。这种水凝胶复合油墨的主要缺点是喷嘴堵塞，这对于此类纤维或颗粒含量较高的油墨来说是 个更重要的问题。相比之下，我们开发的基于花粉的混合墨水具有足够的机械强度，可以在不堵塞打印机的情况下保持其结构。”
这种基于花粉的混合墨水的开发过程始于在碱性溶液中培养坚韧的向日葵花粉—— 种类似于肥皂制作的环保过程——六个小时以形成花粉微凝胶颗粒。
然后将花粉微凝胶与水凝胶混合，例如海藻酸盐（ 种通常从棕色海藻中获得的天然聚合物）或透明质酸（ 种由身体自然产生的透明粘稠物质），以形成 终的花粉-水凝胶混合墨水。
用于细胞培养和药物递送的基于花粉的支架
作为概念验证，科学 们在12分钟内打印了 个五层组织工程支架，可用于培养细胞。然后将胶原蛋白添加到支架中以提供细胞可以粘附和生长的锚点。
科学 们随后将人体细胞接种到支架上，发现它的细胞接种效率高达96%至97%。这与倒胶体晶体(ICC)水凝胶的性能相当，后者被广泛用作3D细胞培养平台，但制造起来既费时又费力。
鉴于花粉会对pH值变化做出反应——当环境变为酸性或碱性时——NTU团队还测试了3D支架作为刺激响应药物递送系统的可行性。当将荧光红色染料滴到支架上时，科学 们发现花粉微凝胶颗粒逐渐将染料释放到支架中。释放的量和速率随着酸的加入而增加。科学 们说，这表明花粉支架有可能被用作具有受控释放的药物递送系统。
Cho教授说：“花粉微凝胶颗粒具有空心壳结构，这意味着它们有可能用于在具有定制3D结构的药物递送平台中携带药物、细胞或生物分子。我们现在正在研究如何将这些花粉微凝胶支架用于各种生物医学应用中的3D细胞培养平台。
“鉴于花粉的刺激响应性质，基于花粉的支架也有可能被用作智能药物载体。例如，我们可以通过在基于花粉的支架上涂上 层薄薄的藻酸盐来进 步减缓药物的释放，并通过引入酸来刺激药物的释放。”
用于软3D打印墨水的基于花粉的支撑结构
科学 们还发现，源自坚韧的花粉粒的柔软而灵活的花粉微凝胶颗粒有可能用作可回收的支撑基质，用于自由形式的3D打印，其中沉积了软墨水。当油墨固化时，支撑矩阵可防止印刷结构坍塌。
为了测试他们的方法的可行性，科学 们使用花粉微凝胶作为支撑，为肘部制作了 个3D打印的硅橡胶网，在打印时可以保持肘部网的形状。
在花粉微凝胶内以75°C(167°F)固化打印产品24小时后，科学 们发现打印的3D硅橡胶网可以适应人体肘部曲率。他们还发现，在花粉微凝胶支撑基质中印刷和固化的硅橡胶样品的机械性能与通过传统浇铸方法制造的样品的机械性能相似。
花粉在生物医学 域的应用建立在南大研究团队将花粉粒（ 种天然可再生资源）重新利用为各种环保替代材料的基础上，从环保纸到可以浸泡的可生物降解海绵上油污染物。
这项研究与南大在其2025年战略计划中的研究雄心 致，旨在将发明和创造力转化为提高经济效益和生活质量的成果。
该团队现在正在寻求与行业合作，以完善他们的3D打印创新并促进其商业应用。
