生物打印技术正以前所未有的速度发展，为组织工程和再生医学领域带来了革命性的变革。然而，成功打印出功能性的三维结构，并将其应用于人体，离不开生物墨水这一关键材料。主要特性包括：

物理性质

表面张力: 表面张力影响生物墨水在打印过程中形成丝状结构的能力。较高的表面张力可能导致形成液滴或附着在喷嘴尖端，而较低的表面张力则有助于生物墨水在打印平台上形成良好的接触。

润湿性: 润湿性指生物墨水与固体表面（如喷嘴和打印平台）保持接触的能力，通常用接触角来衡量。较低的接触角有助于生物墨水在打印平台上形成稳定的结构，避免在打印过程中发生变形或移位。

流变性质

粘度: 粘度是生物墨水流动性的量度，通常用剪切应力与剪切速率的比值来表示。粘度影响生物墨水的打印性能，较高的粘度有助于维持打印丝的形状和结构。

剪切稀化/触变性: 剪切稀化行为是指粘度随剪切速率增加而降低的现象。在生物打印过程中，随着剪切速率的增加，生物墨水粘度降低，这有助于维持打印丝的形状和结构。触变性是指粘度随时间变化的现象，在生物打印中通常不希望出现触变性。

交联机制

离子交联: 水溶性带电聚合物与带相反电荷的离子发生交联。例如，藻酸盐可以与钙离子等二价金属离子发生交联。离子交联的优点是快速凝胶化，但缺点是机械强度有限，并且可能释放金属离子。

热交联: 对温度敏感的聚合物，如琼脂糖、明胶和胶原蛋白，可以通过加热或冷却来交联或凝胶化。

光交联: 光交联是指光诱导形成大分子之间的共价键，从而形成交联网络。光固化聚合物可以通过紫外线照射来固化。

酶交联: 酶交联利用酶作为催化剂，在蛋白质基聚合物之间形成共价键。这种方法具有温和性，可以保护细胞活力，但缺点是机械强度有限，并且可能受环境条件的影响。

机械性质

力学强度和降解: 生物墨水的力学强度和降解特性对于构建的功能至关重要。构建的力学强度应该与修复的组织/器官的力学强度相似，以确保细胞活力和其他功能以及组织再生。

弹性模量和屈服应力: 弹性模量是材料抵抗变形的能力，屈服应力是材料开始塑性变形的应力。这些参数通常通过拉伸/压缩测试来表征。

粘弹性: 粘弹性材料同时具有流动性和弹性特性，可以通过储能模量和损耗模量来表征。

生物特性

生物相容性: 生物墨水必须能够支持细胞生长和功能，例如细胞存活、粘附、增殖、分化和组织再生。

生物降解性: 生物墨水应该能够降解为可代谢的单体，并且降解产物对再生组织和/或周围组织无害。

免疫原性: 生物墨水在体内植入后可能引发免疫反应，导致纤维化而不是组织再生。

总结

生物墨水的物理、流变、交联、机械和生物特性对于生物打印的成功至关重要。研究人员需要根据应用需求选择合适的生物墨水，并优化打印参数以平衡打印分辨率和细胞活力，从而实现组织工程和再生医学的目标。

参考文献

Chen XB, Fazel Anvari-Yazdi A, Duan X, et.al. Biomaterials / bioinks and extrusion bioprinting. Bioact Mater. 2023 Jun 27;28:511-536.