顶刊成果｜广西中医药大学团队：BIO X6 生物打印技术赋能水凝胶创新应用

近日，广西中医药大学宋显温联合中南大学张翼团队在国际权威期刊《Chinese Chemical Letters》发表重要研究成果，依托CELLINK BIO X6 生物 3D 打印机，提出四羟基主导的多重氢键凝胶化原创设计策略，成功开发出兼具优异流变性能与力学稳定性的可 3D 打印水凝胶生物墨水，为高性能、低成本生物墨水理性设计提供全新范式。

宋显温，本文第一作者，中南大学本硕博，2023 年获理学博士学位，同年 12 月入职广西中医药大学，2025 年入选广西第二批青苗人才。主要研究天然产物与高分子材料自组装体系的理论设计及生物医药应用，具备超分子组装、计算机模拟、3D 打印等交叉学科背景。以第一 / 通讯作者在 ACS Applied Materials & Interfaces、Advanced Science 等期刊发表论文 10 余篇，担任多家期刊审稿人；主持及参与多项各级科研项目，申请发明专利 7 项（授权 2 项）。其研究成果已在组织工程支架构建与药物缓释系统开发中取得初步应用验证，展现出良好的生物相容性与结构保真度。

一、科研痛点：DIW 生物墨水的 “卡脖子” 难题

直写成型（DIW）是生物 3D 打印核心技术，对生物墨水提出高屈服应力、强剪切变稀、快速触变恢复三重严苛要求。传统生物墨水普遍存在合成复杂、成本高昂、构效关系模糊等问题，难以同时满足打印成型性、结构稳定性与生物相容性，制约组织工程、药物递送等领域落地应用。

二、核心突破：四羟基氢键驱动，可预测设计一步到位

研究通过系统对比不同羟基数目与空间分布的酚类化合物，首次证实四羟基结构是凝胶化的关键—— 仅需 0.04 wt% 极低浓度，即可让 PVA 溶液从流动态转变为自支撑凝胶，交联能力遵循野黄芩素＜山奈酚＜木犀草素规律，为生物墨水快速筛选提供量化标准。

结合流变测试、核磁表征及全原子 / 粗粒化分子模拟，团队揭示四羟基主导多重氢键是凝胶化核心机制：酚羟基与 PVA 分子形成高密度交联网络，赋予水凝胶优异剪切变稀、快速自修复、强力学支撑三大核心性能，完美匹配 DIW 打印需求。

三、硬核搭档：CELLINK BIO X6，让创新墨水 “精准落地”

本研究依托CELLINK BIO X6 生物 3D 打印机完成全部打印验证，其顶尖性能与团队研发墨水实现1+1＞2的协同效果：

✅ 精准 DIW 打印，微米级结构零坍塌

BIO X6 配备6 独立智能打印头与0–700 kPa 连续可调压力系统，精准控制墨水挤出速率与成型精度，成功打印最小线宽700 μm的多孔支架，五角星、六角星等复杂结构完整保真，无塌陷、无断裂。

图2.（A）三种水凝胶在压缩至75%应变后的不同效果。（B）水凝胶的压缩测试和（C）拉伸测试。（D）不同酚类化合物浓度下水凝胶的断裂拉伸强度及（E）75%应变下的压缩强度。（F）从不同角度拍摄的3D打印水凝胶支架照片。（G）支架结构的挤压测试和（H）粘附测试。（I）水凝胶生物墨水可打印成各种形状。

✅ 完美适配剪切变稀流体，温和挤出护性能

设备支持低剪切力直写成型，与水凝胶“剪切变稀、快速恢复” 特性高度匹配 —— 挤出时黏度降低流畅出丝，离开喷嘴后迅速恢复高弹态，确保打印支架75% 压缩应变下仍保持结构完整。

✅ 科研级易用性，助力高分成果快速产出

非接触自动校准、STL 文件兼容、模块化参数调控，大幅简化实验流程；层分辨率高达1 μm，可复现高精度多孔结构，为生物墨水性能验证提供稳定、可重复的硬件支撑，助力研究成果登顶国际期刊。

四、性能拉满：力学+ 应用双突破，前景广阔

·力学性能优异：木犀草素 / PVA 水凝胶压缩强度达125.92±5.25 kPa，拉伸强度 7.5 kPa，断裂伸长率 320%，刚度与韧性完美平衡；

·应用潜力巨大：支架具备优异抗挤压性与界面粘附性，可牢固附着于基底，在定制化药物递送、组织工程支架等领域展现广阔应用前景。

结语

本研究以可预测设计策略破解 DIW 生物墨水研发瓶颈，依托CELLINK BIO X6实现高精度打印验证，为天然基生物墨水开发与生物 3D 打印技术落地提供理论指导 + 硬件支撑双重方案。未来，团队将继续推进材料创新与装备融合，助力组织工程、再生医学领域迈向新高度！

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