在 3D 组织工程中，纳米生物墨水是将纳米材料与ECM 水凝胶结合，以提高其打印性和功能性的重要策略。纳米生物墨水可以增强水凝胶的机械性能、导电性、生物活性，并赋予其特定的功能，例如药物递送、组织再生和细胞控制。
1基于胶原蛋白和壳聚糖的纳米生物墨水和工程组织
胶原蛋白基纳米生物墨水:胶原蛋白是肌肉TE中的常用材料，但需要改进其电导率和机械性能。通过将纳米金线(GNWs)掺入胶原蛋白基纳米生物墨水中，可以产生拓扑线索，加速肌细胞的排列，并模仿肌肉组织的电学特性。此外，通过添加碳纳米管(CNTs)可以增强胶原蛋白基纳米生物墨水的机械强度和电导率，并创建类似血管的结构。
壳聚糖基纳米生物墨水:壳聚糖具有良好的生物相容性和抗菌活性，但其溶解度有限，限制了其应用。通过将纳米羟基磷灰石(nHAp)掺入壳聚糖基纳米生物墨水中，可以增强其机械强度和生物矿化特性，并用于构建骨骼组织。此外，通过将纳米硅酸盐(Laponite?)掺入壳聚糖基纳米生物墨水中，可以提高其打印性和生物活性，并用于构建血管和骨组织。
2基于明胶/GelMA的纳米生物墨水和工程组织
明胶/GelMA基纳米生物墨水:明胶具有许多优异的特性，例如良好的生物相容性、低抗原性和支持细胞粘附和增殖；然而，其机械强度有限，限制了其在特定组织中的应用。通过将纳米纤维素材料（如纤维素纳米晶体(CNCs)和纳米纤维(CNFs)）掺入明胶/GelMA基纳米生物墨水中，可以增强其机械强度和打印性。此外，通过将nHAp掺入GelMA中，可以增强其生物矿化和机械性能，并用于构建骨骼和软骨组织。
电活性组织:电活性组织（如心肌细胞和骨骼肌细胞）需要导电的生物墨水来模拟天然ECM环境。通过将碳纳米管(CNPs)和金纳米线(GNRs)等导电纳米材料掺入GelMA中，可以增强其电导率，并用于构建电活性组织。
3基于脱乙酰壳多糖的纳米生物墨水和工程组织
脱乙酰壳多糖基纳米生物墨水:脱乙酰壳多糖水凝胶由于其低粘度和结构稳定性差，难以维持长期的结构和形状。通过将纳米纤维素纤维(CNFs)或聚乳酸(PLA)纳米纤维等材料掺入脱乙酰壳多糖基纳米生物墨水中，可以增强其打印性和生物活性，并用于构建脂肪组织和软骨组织。
血管:通过将碳纳米管(CNPs)或多壁碳纳米管(MWNPs)等材料掺入算盘子基纳米生物墨水中，可以增强其机械强度和结构稳定性，并用于构建可通血的血管结构。
4基于透明质酸的纳米生物墨水和工程组织
透明质酸基纳米生物墨水:透明质酸是一种具有优异水合能力的生物材料，但其机械强度和降解性限制了其在3D生物打印中的应用。通过将纳米纤维素(CNFs)或纳米羟基磷灰石(nHAp)等材料掺入透明质酸基纳米生物墨水中，可以增强其机械强度和生物活性，并用于构建脂肪组织和骨骼组织。
电活性组织:通过将二维过渡金属碳化物(MXene)纳米片等材料掺入透明质酸基纳米生物墨水中，可以增强其电导率，并用于构建电活性组织。
5基于丝素蛋白的纳米生物墨水和工程组织
蚕丝素基纳米生物墨水:蚕丝素水凝胶具有良好的机械强度和结构完整性，但其打印分辨率较低。通过将细菌纤维素纳米纤维(BCNF)等纳米纤维掺入蚕丝素/明胶生物墨水中，可以提高其打印分辨率和形状保真度，并用于构建软组织模型。
骨软骨组织:通过将锶掺杂的纳米磷酸钙(nHAp)掺入蚕丝素基纳米生物墨水中，可以增强其骨诱导、软骨诱导和血管诱导特性，并用于构建骨软骨组织。
6基于脱细胞细胞外基质的纳米生物墨水和工程组织
脱细胞细胞外基质(dECM)基纳米生物墨水: dECM水凝胶具有与天然组织相似的复杂结构，但其打印性和结构稳定性较差。通过化学修饰或物理交联来增强dECM水凝胶的机械强度，并使其与纳米材料结合，以改善其打印性和结构完整性。
电活性组:通过将碳纳米管(CNPs)等导电纳米材料掺入dECM水凝胶中，可以增强其电导率，并用于构建电活性组织。
总而言之，纳米生物墨水为3D组织工程提供了新的可能性，通过增强ECM水凝胶的机械性能、导电性、生物活性，并赋予其特定的功能，可以构建更复杂、更功能性的组织结构。随着纳米材料研究和3D打印技术的不断发展，纳米生物墨水将在未来组织工程中发挥重要作用。
参考文献
Yoon J, Han H, Jang J. Nanomaterials-incorporated hydrogels for 3D bioprinting technology. Nano Converg. 2023 Nov 15;10(1):52.
