利用各种生物医学技术重建新器官或组织的组织工程是非常可取的。利用生物医学技术，这一领域已分化为两种关键方法。第一种是利用支架和细胞提供保护屏障，并在严重损伤后支持皮肤再生。第二种方法是结合人工智能、软机器人和可穿戴技术来模仿皮肤的功能。然而，如何将上述两种方法结合起来，既能实现伤口快速愈合，又能重现皮肤的功能特性，是一个亟待解决的问题。除此之外，如何在温和的条件下精确控制支架微观结构和维持支架生物活性仍是目前的主要挑战。近日，南京捷纳思新材料有限公司研发了一种新型的微流控低温直写3D打印静电气喷多功能纺丝机，可以在常温下实现打印并且能够对微尺度结构进行精确控制，为多功能耦合的人造皮肤的构筑带来新的策略。

        基于此新型设备的先进性，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授团队，首次采用微流控3D生物打印技术（MRBP）构筑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。值得注意的是，MRBP耦合微流控和3D生物打印技术的优势，不仅可以精确控制微结构和形态，而且制备工艺温和，具有形状逼真、通用性强、包膜细胞活力高的优点。通过结合生物医学皮肤和电子皮肤（e-skin）的特点，使得该人造皮肤不仅具有优异的生物相容性、抗菌性能和机械强度，而且还能促进伤口愈合过程，包括凝血、成纤维细胞活性、血管生成、胶原沉积和组织再生。更重要的是，结合电子皮肤的优点，该人造皮肤具有天然皮肤的感觉功能，具有优异的灵敏度（5.87 kPa-1），宽检测范围（0-150 kPa），并在100 kPa压力下具有0.1%的高压分辨率。这一进展为临床伤口治疗的智能、功能集成人造皮肤的设计提供了新的视角，为医疗电子应用开辟了新的途径。该研究成果于近日发表在被国际重要刊物《Bioactive Materials》上。“Advanced biomedical and electronic dual-function skin patch created through microfluidic-regulated 3D bioprinting”。南京工业大学博士研究生董婷为第一作者。南京工业大学陈苏为通讯作者。

        该课题得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、国家青年自然基金、江苏省高校优势学科建设工程、材料化学工程国家重点实验室等基金的资助和支持。

图1、微流控低温直写3D打印静电气喷多功能纺丝机（南京捷纳思新材料有限公司与南京贝耳时代科技有限公司联合研发）

        · 纺丝化学—受限空间内原位反应合成纳米材料；

        · 结构设计—微通道限域组装实现微尺度下结构调控；

        · 过程强化—微流控芯片精准操控流体动力学，强化化工过程；

        · 功能耦合—集成多种纺丝工艺及3D打印，满足一机多用需求；

        图2、（a）基于微流控生物3D打印技术制备生物医学/电子双功能人造皮肤的示意图。（b）生物医学/电子双功能人造皮肤优点：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3、（a）BG的制备工艺示意图。（b）BG的SEM和TEM图像。（c）BG中Ca2+、Zn2+和Si4+离子分布的EDS图谱分析图。（d）采用微流控3D打印技术精确构筑PU-BG人造皮肤层。（e-f）不同打印精度的PU-BG层，最小打印精度可达25μm。（g-h）PU和PU-BG层显微镜图像及其离子分布EDS图谱分析图。（i）PU-BG人造皮肤表现出优异的柔韧性，可以弯曲、卷曲和折叠。

        图4、（a-b）PU-PAA和PCL层的SEM图像。（c-d）人造皮肤外层朝上、内层朝上时，上、下表面相对含水量的MMT测试结果。（e-f）PU、PU-BG、PU-PAA和PCL层的显微红外图和FT-IR曲线图。（g）人造皮肤定向水传输能力测试图。（h）被动水传输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吸水过程理论模拟计算。（j）模拟人造皮肤细胞迁移和吸附过程图。

        图5、（a）对照组、PU-BG、PU-PAA和PU-BG/PU-PAA/PCL细胞迁移图。比例尺为100µm。（b）细胞迁移率的定量分析柱状图。（c-d）体内肝脏止血过程图及对应的止血时间定量分析柱状图。

        图6、（a）伤口愈合过程示意图。（b）PBS、PU-BG、PU-BG/PU-PAA、PU-BG/PU-PAA/PCL人造皮肤处理大鼠创面0、3、5、7、14 d的实物图。（c）H&E染色创面肉芽生长的相应显微镜图。（d-e）伤口面积效率及肉芽组织厚度柱状图。n=3，**P<0.01，****P<0.0001。（f-g）7 d后肉芽组织中F. IL-6和G. TNF-的免疫染色图。标尺为100 µm。

        图7、（a）人类触觉感受器检测细微而剧烈的人类动作示意图。（b）压缩信号检测。（c）检测附着在手指上的弯曲信号。（d-e）检测附着在手腕上的脉冲信号及单个脉冲的放大图像。（f）检测附在喉咙上的吞咽信号。（g）眨眼瞬变过程、（h）颈部横向运动和（i）纵向运动时皮人造皮肤的阻力响应。

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