近日，第一届粤港澳大湾区博士博士后创新创业大赛决赛于珠海举行。广州医科大学生物医学工程学院谢茂彬博士的“超快速体积打印机：生物3D打印变革者”项目以总分第一获得创新赛金奖。该项目突破了现有3D打印技术的逐层打印原理，具有无接触、超快速、细胞存活率高、表面光滑、无菌等优势，填补了国内无接触、超快速体积生物打印机领域的空白。

谢茂彬博士团队

突破接触式逐层打印速度限制，各项技术指标达国际一流水平

据了解，这项无接触、超快速体积生物 3D 打印技术基于CT成像技术的反向运用，将断层层析的二维图片通过特定算法，进行纵向投影至按一定速度旋转的打印瓶中，从而使瓶中的光固化墨水能在所有方向上同时形成三维物体。

“以前的3D打印技术没有办法直接立体成型，主要是通过二维平面的层层堆叠形成三维结构。”项目算法方向负责人、广州医科大学生物医学工程学院副院长谢国喜解释，“我们的技术则是运用投影算法，将一束光投向打印瓶，直接在瓶子中间形成一个三维物体。”

无接触、超快速体积生物3D打印机样机展示

项目负责人谢茂彬是广州医科大学生物医学工程学院教授、博士生导师，2016年博士毕业于香港理工大学，随后加入广州医科大学，2019年-2021年曾有美国哈佛大学博士后经历，长期从事3D生物打印和生物材料领域研究。他将这一项目的突破性比作“看电影时带上了3D眼镜”，“我们的技术相当于一副3D眼镜，戴上之后原本看到的平面就成为了立体画面，直接以三维的方式重现物体的结构”。

据介绍，该项目从软件程序、硬件设备到生物材料均由团队自主研发，各项技术指标均有变革性创新，达到国际一流水平。在打印速度上，能实现数秒至数十秒内完成厘米尺寸三维物体的打印，解决了现有生物打印机打印速度慢的最大痛点；细胞存活率超过95%，突破目前细胞存活率低的瓶颈；打印物体无须与打印系统接触，避免了高温、紫外线等因素对细胞造成的物理伤害；打印物体表面光滑，真实模拟人体器官表面结构；可实现完全的无菌打印及条件温和的利用可见光常温打印，相比现有技术而言，更适合生物打印。

该项目最大的优势不仅在于研发出超快速生物3D打印机设备，还在于后续打印耗材的配套。团队根据项目所需开发了新的生物墨水材料，具有更高的生物兼容性。这一材料不仅适用于项目本身的生物3D打印机，也适用于市面上其他光固化生物3D打印设备，具有较高市场价值。

快速高效构建类器官，指导肿瘤个性化用药

记者了解到，该项生物3D打印技术的应用场景广泛，包括组织工程、再生医学、类器官构建、药物筛选、个性化药片定制、医疗部件（如骨螺钉、微针贴片）构建等。其中，类器官构建是团队目前针对临床应用的主要方向。

生物3D打印的骨螺钉样品

“肿瘤是人类的第一大健康杀手，通过类器官打印进行个性化用药指导，对肿瘤患者群体而言意义重大。”据谢国喜介绍，在肿瘤治疗中，不同患者对药物的敏感性不同。为了快速了解哪种药物对患者更有效，需要提取肿瘤部位细胞制作肿瘤“类器官球”，模拟某个器官在人体内的环境并进行药物筛选，从而找出最合适的药物进行个性化用药指导。

传统的类器官依赖人工方式制备，从制备到培养需要两到三周，往往超出肿瘤患者3到5天的治疗窗口期。而谢茂彬团队的体积生物3D打印技术在35至60秒就能一次性完成96个“类器官球”的搭建，一周内就能向医生提供针对某一患者的个性化用药指南，可帮助肿瘤患者节约大量宝贵的治疗时间。

谢茂彬博士讲解生物3D打印机运行过程

谢茂彬提到，生物3D打印是一项复杂的技术，需要依次经历搭建数学模型、开发软件程序和硬件设备、研发生物墨水材料三个阶段，具有较强的学科综合性，包含数学、软件编程、光学、材料学、生物细胞学、医学等多个知识领域。

进入广医后，在各个相关专业方向的老师和学生的支持下，特别是在美国哈佛大学Yu Shrike Zhang教授的指导下，他逐渐组建起一个多学科交叉的团队，在生物3D打印技术的研发上有所推进。

谢茂彬的项目团队成员中包含了广医生物医学工程学院的本科生与研究生，“学院的本科生有两个方向，分别是医学电子和医学材料，研究生则是生物医学工程专业，在学生构成上有利于组建多学科交叉团队。”他表示，学校在实验室场地、设备经费等方面都提供了诸多支持。

据统计，在本次粤港澳大湾区博士博士后创新创业大赛中，广州医科大学共有5个项目入围决赛，获得金奖1项、铜奖1项，优胜奖2项。除了谢茂彬团队的项目外，广州医科大学附属第一医院胸外科博士生梁恒瑞的项目获得铜奖，附属口腔医院柳毅博士的项目、广州霍夫曼免疫研究所刘继勇博士的项目分别获得优胜奖。

目前，项目团队已经完成样机开发和功能验证工作。下一步将在保证细胞存活率的前提下，从现有的“单种细胞打印”出发，进一步实现“大尺寸打印”和“多种细胞打印”，在技术上取得更多突破。同时，样机已陆续提供给广州部分高校、生物科技公司和三甲医院试用，分别在尿道支架、肿瘤个性化用药、药物制剂和药物缓释等多个领域开展了基础和应用研究。并正在与相关公司和医院合作推进项目的转化和应用工作。

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