不會細胞沉降的生物3D打印平臺，磁驅動墨水原位混合

2026年2月，南極熊獲悉，來自麻省理工學院 (MIT)的研究人員開發了一種名為 MagMix 的磁驅動混合平臺，可直接集成到標準擠出式 3D 生物打印機中。該方案解決了長時間打印作業中因重力作用導致細胞沉降這一長期存在的難題。

相關研究以題為“Advancing bioink homogeneity inextrusion 3D bioprinting with active in situ magnetic mixing”的論文發表在《Device》期刊上

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.device.2025.101044

這項研究表明，緊湊的模塊化系統在 45 分鐘的打印過程中，能夠保持 12 個連續打印的組織結構中細胞分布均勻，而無需改變生物墨水配方或對現有設備進行永久性硬件修改。

基于擠出的3D生物打印技術是組織工程中廣泛應用的一種技術，它通過噴嘴逐層沉積載有細胞的水凝膠生物墨水。細胞在重力作用下于擠出注射器內沉降的趨勢一直以來都是一個問題，并已引發諸多問題：細胞沉降會降低細胞分布的均勻性，增加噴嘴堵塞的風險，并導致最終組織構建體出現批次間差異。這限制了在臨床和轉化應用中的可重復性。

MagMix采用內置螺旋槳，位于擠出注射器內部，由連接到伺服電機的外部磁鐵驅動，伺服電機則由Arduino Nano微控制器控制。螺旋裝置通過垂直往復運動，在打印過程中保持生物墨水的持續攪拌。

圖片來源：麻省理工學院

麻省理工學院的研究團隊迭代了三種螺旋槳幾何形狀，并利用COMSOLMultiphysics軟件進行計算流體動力學模擬，以建立顆粒分布模型，之后再進行實驗驗證。第三種螺旋槳設計方案包含一個螺旋狀延伸部分，可延伸至注射器的錐形尖端，這套方案在注射器橫截面上實現了最均勻的顆粒分布。

使用 MagMix 打印的結構在所有12 次連續打印中均保持了一致的細胞活力和密度，而未混合的對照組則表現出逐漸的細胞損失和反復的噴嘴堵塞事件，需要人工干預。

研究團隊還評估了三種攪拌速度對細胞健康的影響。低速攪拌時細胞存活率為90.1%，中速攪拌時為82.1%，高速攪拌時為65.5%，因此研究人員選擇較低的兩種攪拌速度進行后續實驗。

MagMix平臺采用低成本3D打印組件制造，其中生物墨水接觸螺旋槳采用生物相容性Vero ContactClear樹脂打印而成。系統設計兼容多種尺寸的注射器以及商用或定制的擠出式生物打印機。

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