生物3D打印技术及水凝胶生物墨水在医用材料中的应用分析

生物3D打印是将细胞、生物材料和生长因子等组分共同混合打印成设计结构的技术，因其精确控制细胞空间分布的能力，近年来被广泛应用于组织器官的再生修复。水凝胶具有与细胞外基质相似的含水量和拓扑结构，因此在生物3D打印领域具有广阔应用前景。文章综述了目前常见的生物3D打印方法，介绍了重要的水凝胶材料，同时对生物3D打印技术及水凝胶生物墨水存在的挑战和未来的前景进行了论述。     

3D生物打印制备组织工程支架的研究进展

为进一步推动3D生物打印技术在组织工程支架领域的应用,从当前3D生物打印方法的优劣及相关材料的固化成形机制出发,详细综述了国内外3D生物打印制备组织工程支架的研究进展。针对3D生物打印技术,主要介绍了喷墨、挤出、激光辅助和立体光刻等技术的原理、过程和优缺点;针对3D生物打印材料,主要介绍了聚合物和生物陶瓷等材料的特性、固化成形机制和适应范围;针对3D生物打印应用,主要介绍了3D生物打印在血管、骨、耳、心脏等功能性组织构建中的最新研究进展,指出生物墨水的开发及临床应用是其未来的发展方向。为进一步推动组织工程用3D生物打印技术的发展提供理论与实践参考。     

生物印刷电子材料的研究进展

随着近年来数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多前沿科技的快速发展,三维（3D）打印成了当今最热门的研究方向之一,并被称为可能掀起新一次的工业革命,其应用领域也随着技术的进步而不断扩展。3D打印结合生物工程技术即生物印刷技术,在生物医药领域有广泛的应用前景。刚起步的生物印刷电子材料技术是将碳纳米管、石墨烯、导电高分子或水凝胶等具有电活性的材料,用印刷方法构建生物相容并有电刺激响应的2D和3D细胞培养和组织工程智能支架。适于进行3D生物印刷的导电材料及支架材料是研究工作的核心内容。本文主要简述了近年来以导电聚合物和水凝胶为主的可用于3D打印的生物印刷电子材料的研究进展,并对其在3D细胞培养和组织工程中的可能应用进行了探讨。     

植物基纳米纤维素在食品3D打印中的应用

3D打印技术通过逐层添加物料的方式实现特定结构物体的快速成型,可根据需求实现对原料组成和成品空间结构的个性化定制,在食品领域具有广阔发展潜力。大多数食品原料不具备可打印性,这制约了用于3D打印的食品原料的来源和种类,限制了3D打印技术在食品行业的应用规模。植物基纳米纤维素来源广泛,具有优异的机械性能和流变特性,能够增强物料的可打印性,是3D打印的理想原料。明确植物基纳米纤维素的功能特点,制备的3D打印墨水特性以及在食品3D打印中应用现状,对充分利用新兴加工技术和新食品原料尤为重要。本文重点介绍植物基纳米纤维素结构特点及与3D打印相适应的功能特性,包括高机械强度,易表面改性,适于打印的流变特性以及较好的生物安全性。在分析凝胶和乳液两种形式的植物基纳米纤维素打印墨水特性和用途的基础上,总结其在食品添加剂、食品包装材料、食品新鲜度指示器、功能物质载体等相关食品领域的应用现状,并展望未来制备新兴功能食品和智能食品包装的前景,以期为相关技术发展提供参考。     

纤维素及其衍生物作为3D打印材料的研究综述

3D打印作为革命性的新型制造技术,具有光明的未来与广阔的前景。打印材料作为3D打印研究的重点,为满足多样化的需求仍需要继续探索。纤维素作为自然界中最常见的天然聚合物和植物的主要成分,存在多种优势,在生物基产品的制备中具有巨大潜力。目前,纤维素作为3D打印材料的研究已成为领域热点,得到了高度关注。本文将纤维素及其衍生物作为3D打印材料的研究进行综合整理,总结了纤维素及其衍生物在打印材料中作用和功能,以及纤维素类打印材料在3D打印中的应用,分析了纤维素类打印材料在3D打印中面临的挑战和未来发展前景。     

丝素蛋白基复合水凝胶的研究进展

丝素蛋白具有优异的易塑形性,使其与其他材料的复合成为可能。文章详细阐述了丝素蛋白与天然聚合物、化学合成来源聚合物形成复合水凝胶的制备方法、凝胶机制;系统地分析了丝素蛋白与其复合材料形成复合水凝胶后其性能和功能的变化;明确总结了复合后的优势和修饰性目的,并提出现如今存在的问题及丝素蛋白基复合水凝胶今后的研究方向,为进一步研制成型快、多功能、高性能的丝素蛋白基复合水凝胶及推动其在生物医学材料领域中广泛应用提供参考。     

木质生物质基黏附水凝胶的研究进展

木质生物质作为储量最丰富的生物质资源,因具有可再生性、良好的生物相容性和生物可降解性等特点而在众多研究领域备受瞩目。木质生物质通过改性构建的黏附水凝胶除具有上述特性外,还被赋予了高强度、高韧性、抗菌或抗紫外线等特殊功能,使其在生物医学、传感等领域具有广泛的应用前景。本文围绕木质生物质基黏附水凝胶的网络构筑方式,从共价键、非共价键和动态可逆键三方面介绍了不同木质生物质基黏附水凝胶的特点与形成机理,并综述了其在伤口修复、智能可穿戴设备和食品等领域的最新应用进展。最后,对木质生物质基黏附水凝胶的发展前景和所面临的挑战进行了展望。     

基于高精度3D打印的三文鱼植物基替代物研究

目的 基于高精度3D打印技术研究三文鱼植物基替代物。方法 以豌豆分离蛋白(pea protein isolate, PPI)、魔芋胶(konjac gum, KGM)和天然胡萝卜粉为原辅料, 进行精准3D复合打印生产模拟三文鱼色泽、质构的植物基替代物。考察不同物料比例对油墨可打印性的影响; 选取有代表性的油墨配方, 对其流变特性、水分分布情况、微观结构进行表征。结果 PPI和KGM浓度的升高都增强了体系与水结合的能力, 且PPI浓度过高时(20%, m:m)影响了KGM与水结合形成稳定凝胶的能力。PPI15KGM5配方可形成致密的网格结构, 增强了体系的稳定性, 拥有良好的剪切恢复特性, 有利于3D打印; 而PPI20KGM3配方具有更好的机械性能和结构强度, 但是由于PPI浓度过高影响KGM形成稳定凝胶结构, 其剪切恢复特性较差。流变学参数η、τy、G''、屈服应变及剪切恢复特性对油墨3D打印过程影响显著。结论 通过调整3D打印精细化程度(350和500 μm)和模型填充度, 生产了具有差异化质构的高蛋白含量(15%, m:m)产品。其中, 部分产品的粘性 和弹性与真实三文鱼类似, 这为开发3D打印生产植物基替代物提供了新的视角。     

再生丝素蛋白水凝胶的制备与改性

近年来,水凝胶材料在生物医学等领域异军突起,受到了国内外学者的重视。丝素蛋白材料生物相容性良好、可被降解性且无生物毒性,现已被广泛应用在生物医学领域,许多研究水凝胶材料的学者将其研究原料锁定为丝素蛋白材料。本文以蚕丝丝素蛋白结构为基础,详细叙述了从蚕丝脱胶、丝素蛋白溶解到凝胶形成的丝素蛋白水凝胶的制备全过程。并从凝胶形成的角度,介绍了通过物理、化学、基因工程等方法对丝素蛋白水凝胶改性的实例,为丝素蛋白水凝胶的研究提供了新方向。     

纳米纤维素基水凝胶在生物医学领域的研究进展

纳米纤维素具有高比表面积(150～250 m²/g)、大长径比、低密度(1.6 g/cm³)和优越的机械性能(弹性模量～150 GPa,高拉伸强度～7.5 GPa)等特性,在生物医学等领域有着广泛的应用。本文主要对近几年纳米纤维素基水凝胶的研究进展进行了归纳总结。首先介绍了纳米纤维素的制备方法,包括机械法、酸水解法、TEMPO (2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧化物自由基)氧化法和生物法;其次列举了制备纳米纤维素基水凝胶的常用交联方法,包括物理交联和化学交联;最后重点介绍了纳米纤维素基水凝胶在生物医学领域方面的应用,包括伤口敷料、组织工程和药物输送;此外,对纳米纤维素基水凝胶在生物医学领域的发展方向进行了展望。     

食品3D打印中的食品材料特性与应用研究进展

食品材料是食品3D打印的关键因素。文章总结了目前在食品3D打印中常用食品材料(蛋白质、淀粉、水凝胶、脂肪)的特点,分析了不同材料组合对成形性能的影响,对不易打印材料如何提高印刷效果给予了一定的建议,指出了目前食品3D打印中食品材料发展面临的技术瓶颈,并对未来食品3D打印技术的发展趋势进行了展望。     

基于可食用材料的3D打印技术应用进展

可食用材料范围的延伸加快了3D打印技术的发展。但与工程材料相比,针对可食用材料的3D打印技术仍然面临很多的挑战。文章介绍了目前较为成熟的3D打印技术和其应用领域,并阐述了食品3D打印机的结构构成,以及可食用材料3D打印的国内外研究进展。总结分析了可食用材料应用于3D打印中存在的问题,并展望了未来会有更广泛的应用领域,将对3D打印技术发展产生深远的影响。     

食品及软性材料3D打印技术的研究与应用进展

3D打印技术是当前的热门科技,食品及软性材料3D打印技术也取得了不断地进步与发展。总结了3D打印技术的原理、分类及3D打印机的构成,综述讨论了食品及软性材料3D打印技术的研究现状及应用中需要克服的技术难点,对未来食品及软性材料3D打印技术的前景作出了展望。     

Peptide hydrogels: Synthesis,properties, and applications in food science

Due to the unique and excellent biological, physical, and chemical properties of peptide hydrogels, their application in the biomedical field is extremely wide. The applications of peptide hydrogels are closely related to their unique responsiveness and excellent properties. However, its defects in mechanical properties, stability, and toxicity limit its application in the food field. In this review, we focus on the fabrication methods of peptide hydrogels through the physical, chemical, and biological stimulations. In addition, the functional design of peptide hydrogels by the incorporation with materials is discussed. Meanwhile, the excellent properties of peptide hydrogels such as the stimulus responsiveness, biocompatibility, antimicrobial properties, rheology, and stability are reviewed. Finally, the application of peptide hydrogel in the food field is summarized and prospected.     

添加剂在食品3D打印中的应用现状

3D打印技术作为食品科学领域的一项新技术,因其具有快速成型、适用于复杂结构、可个性化定制等特点而具有巨大的发展潜力。3D食品打印一般以蛋白质、脂类等对人体无害的可食性物质为材料,然而并非所有食材都具有良好的适印性和加工特性。为提高3D打印食材的适印性,食材中通常会添加碳水化合物、蛋白质、脂质等食品添加剂以改善食材的流变特性和加工特性。本文综述了3D食品打印技术、3D食品打印材料特性、常用的食品添加剂及其对打印材料的流变特性、加工特性和营养特性的影响,从而为3D食品打印技术在食品领域中的应用提供科学依据和理论参考。     

谷物基原料3D打印的研究进展

文章介绍了适合谷物基3D打印的主要工艺、原理和设备,总结了谷物基原料的打印特性,综述了谷物原料在3D打印中的应用和影响打印效果的主要因素,展望了谷物基食品作为3D打印原料的前景和挑战.     

Formulation and characterization of an interpenetrating network hydrogel of locust bean gum and cellulose microfibrils for 3D printing

Locust bean gum (LBG) and cellulose microfibers (CMFs) in an interpenetrating hydrogel were developed as a bioink for 3D printing. X-ray diffractometry and scanning electron microscopy revealed the intermolecular interactions of the constituent polymers, especially in the matrix containing 3–5% LBG. Thermogravimetric analysis revealed the relatively high thermal stability of the hydrogels. Flow behavior index, viscoelasticity, and gel strength increased as LBG increased from 1–5% in the matrix. As expected, for a 3D printed construct from an interpenetrating hydrogel of 1% CMFs with 4% LBG, the highest conformity to the designed 3D model was obtained when it was printed at a 50% infill density and a 10 mm/s printing speed, with a 0.8 mm nozzle diameter and 0.4 mm layer height. In addition, the CMFs with 4% LBG hydrogel maintained high shape stability until 6 h after printing. Therefore, CMFs/LBG-based hydrogels are expected to be useful as a bioink.Industrial relevanceInterpenetrating network hydrogels produced from natural polysaccharides have attracted the attention of the food and biomedical industries because of their good mechanical properties and non-toxicity. In particular, utilization of legal food ingredients such as cellulose and locust bean gum might be valuable. 3D printing can ease the fabrication of complex structures using interpenetrating network bioinks, facilitating accuracy, reproducibility, and throughput, to produce customized food and biomedical products.     

基于果蔬原料的食品3D打印技术及其应用

作为新兴数字化生产技术,3D打印技术已在许多领域中被广泛应用。其在食品领域中的应用可满足人们对食品定制化、个性化营养和数字化营养的需求,能进一步简化食品供应链体系,拓宽食材来源。水果和蔬菜富含多种营养素,是人类饮食的重要组成部分。相对于面团、巧克力、肉糜等食材,水果和蔬菜具有含水量高、难成形、易褐变的特点,因此很难实现直接3D打印。为了更好地了解水果和蔬菜在食品3D打印领域的应用情况,本文从食品3D打印的原料特性要求、果蔬原料特性以及3D打印果蔬材料的加工技术等方面进行了综述,并对其发展趋势作出展望。     

基于高分子水凝胶的阻燃织物研究与应用进展

针对纺织品的易燃问题,基于高分子水凝胶三维网络体系的高吸水性,提出了将高分子水凝胶作为新型阻燃材料应用于纺织品领域的思路。阐述了水凝胶作为新型阻燃材料在灭火过程中吸热冷却、稀释气体和隔绝氧气的阻燃机制;结合相关文献探讨了水凝胶与纺织品相结合制备复合阻燃织物的新型整理技术,证明了基于水凝胶的阻燃复合织物可具备优异的阻燃与隔热性能。最后分析了水凝胶作为阻燃材料在纺织品热防护领域存在的挑战及机遇,认为提高水凝胶与织物的结合牢度、开发自愈合-阻燃水凝胶材料和多功能性阻燃水凝胶织物等是未来的研究方向。