脚手架的打印过程说明。从溶液的合成、计算机辅助设计、挤出计算机控制、交联脚手架和交联打印设计等方面进行了论述。

藻酸盐经常用于研究，因为它可以被塑造成稳定的结构，现在在墨西哥科学家进行的一项研究中发挥作用，用水凝胶创建多孔网络，并概述了他们在“用微萃取打印技术制造的用于组织再生的TiO2和β-TCP增强的海藻酸盐/明胶水凝胶”中的发现。

水凝胶支架具有提供生物相容性的潜力、合成方法、所需的降解性等；然而，正如研究人员指出的那样，海藻酸盐的使用确实存在障碍：

“对于设计用于增材制造（3D打印）的藻酸盐而言，一些挑战是水凝胶支架的可打印性，准确性和形状保真度。”研究人员表示，这些问题与藻酸盐溶液的流变性质有关，其中水凝胶油墨的弱结构会破坏其机械性能，使得水凝胶难以保持预先设计的几何形状。”

脚手架设计：（a）voronoi，（b）六边形，（c）网格。

在这个项目中，研究团队使用藻酸盐和明胶水凝胶 - 用TiO2和β-磷酸三钙增强来定制3D打印结构。由于增强，机械性能如预想的那样得到加强，弹性模量高达20MPa，孔的平均尺寸为200μm。使用Grasshopper插件在Rhinoceros 5.0中创建了脚手架。制作了三种类型：

•网格

•维诺图

•六边形

参数包括：

•管线厚度（0.40-0.60 mm）

•单元格大小（取决于单元格数量）

•单元格数量（25-35）

使用RepRap Mendelmax 3D打印机进行制造，支架创建的层高为0.15 毫米，外壳厚度为0.25 毫米，连续流量为100％。研究人员在他们的论文中指出，确定水凝胶可打印性的物理化学参数被称为其流变学特性。在这项研究中，他们使用板式流变仪进行了表征。

流变学测试：（a）预交联水凝胶油墨的流动曲线；（b）预交联水凝胶油墨的振幅扫描；（c）具有0.20％预交联剂的不同组成的水凝胶的流动曲线；（d）具有0.20％预交联剂的具有不同组成的水凝胶的振幅扫描（储能模量）。

“将水凝胶油墨的粘度绘制为剪切速率的函数。研究人员表示，改变氯化钙浓度是一种控制藻酸盐油墨粘度的实用方法。“随着氯化钙浓度的增加，水凝胶的粘度增加，因为与钙离子键合的交联藻酸盐分子的百分比更高。”

在这种情况下，水凝胶油墨也表现出剪切稀化现象，随着粘度降低和剪切速率增加而变得明显，由聚合物链重组引起拉伸、矫直和粘度降低；然而，打印精度随着粘度的增加而提高。

“总的来说，水凝胶油墨的流变性能有利于3D打印机的挤出过程。”研究人员表示，“在注射器中，水凝胶链形成具有高粘度的临时网络。在通过针头处理时，网络通过剪切破碎并且聚合物链对齐，从而将粘度降低数量级。在去除剪切应力之后，网络恢复，导致沉积时的高打印保真度。”

水凝胶的SEM形态

所有水凝胶都表现出高孔隙率，正如研究人员进一步解释的那样，这是一种理想的性质。然而，当加入HG-2中的明胶或HG-3中的TiO 2纳米粉末时，孔径减小。这是由于更大的聚合物链缠结和水凝胶内部结构的转变。研究团队表示，即便如此，孔径和标准偏差仍足以促进细胞生长。

至于拉伸试验，通过添加20MPa的TiO 2（HG-4）获得最高的弹性模量，研究人员指出添加明胶和纳米颗粒对粘弹性没有影响；然而，它确实对随后的交联藻酸盐的机械性能产生影响。他们还指出，一旦明胶与预交联的藻酸盐溶液结合，可打印性不受影响。

“该研究为藻酸盐/明胶添加TiO2纳米粒子和β-TCP复合水凝胶3D打印用于组织再生的可能性提供了新的见解，其中进一步的测定用于证明材料的细胞毒性、细胞增殖和生物活性。”研究人员总结道。

使用支架进行生物打印既是一门不断发展的科学，也是一门艺术，因为研究人员正在寻求在实验室中重建器官，并为许多不同的用途设计组织，如制作骨骼、制作面部植入物、促进软骨再生等等。