机器人配药 3D 打印,基本上就是靠装有生物墨水的注射器来干活。通过气动系统或者螺杆等手段,把生物墨水像拉丝一样给挤出来,完成成型。这跟那种简单的 FDM 成型有点像。要是材料的粘度不高,用活塞把空气一压缩就能把材料挤出来;要是粘度挺高的,就得靠螺杆来使劲挤。平常常用的生物墨水有胶原蛋白、纤维蛋白、甲基丙烯酸明胶(GelMA)之类的。
不过呢,由于机械强度不够,打印完之后,会因为撑不住自身重量而垮掉。所以就得借助不同的刺激办法,让水凝胶在挤出来的那一刻就能迅速凝固起来。就像 Yin 等人那样,在 GelMA 挤出来的同时进行原地的紫外光固化,形成共价交联,把材料强度提上去,把明胶那种能快速变来变去的热交联和 GelMA 那种不能变回去的光固化化学交联巧妙地结合到了一起。
把海藻酸钠溶液和氯化钙溶液按照不同的速度一起往外挤,让离子键发挥增强的作用,这种做法也被广泛使用。比如说 Gao 等人用同轴注射头来打印,内轴挤出 4%的氯化钙溶液,外轴挤出 2%的海藻酸钠溶液。这两种溶液碰到一块固化形成的丝能有 892 微米长。机器人配药打印的好处在于成型的办法简单,能打印那种粘度比较高的生物墨水材料。