组织工程旨在制造用于再生医学和药物测试的功能组织。最广泛使用的生物打印方法是基于挤出的生物打印，其中墨水从喷嘴连续分配并沿着数字定义的路径沉积，以逐层制造3D结构。然而，这种方法的挑战之一是在没有额外支持的情况下难以保留水凝胶、细胞和生物聚合物等材料的3D结构和形状。

为了克服这一挑战，新加坡南洋理工大学(NTUSingapore)的科学家报告说，他们已经开发出一种使用向日葵花粉的3D打印墨水材料，可用于制造用于组织工程、毒性测试和药物输送的部件。

研究结果发表在《先进功能材料》杂志上，题为“将天然花粉粒设计为多功能3D打印材料”。

研究表明，花粉墨水沉积在表面上时可以保持其形状。

研究人员写道：“利用可持续自然资源开发多功能3D打印材料是增材制造的重中之重。”“使用环保方法将硬花粉粒转化为刺激响应型微凝胶颗粒，我们设计了一种花粉衍生的微凝胶悬浮液，它可以作为复合水凝胶墨水的功能增强剂，并作为多功能自由形式3D打印系统的支撑基质。”

作为概念验证，科学家们在12分钟内打印了一个五层组织工程支架，可用于培养细胞。然后将胶原蛋白添加到支架上，以提供细胞可以粘附和生长的锚定点。

然后他们将人类细胞接种到支架上，发现其细胞接种效率高达96-97%。这与广泛用作3D细胞培养平台的倒置胶体晶体(ICC)水凝胶的性能相当，但制造起来既费时又费力。

花粉会对pH值变化做出反应，这促使研究人员还测试了3D支架作为刺激响应药物输送系统的可行性。当荧光红色染料滴到支架上时，科学家发现花粉微凝胶颗粒逐渐将染料释放到支架中。科学家们表示，这表明花粉支架有可能用作控释药物输送系统。

“花粉微凝胶颗粒具有空心壳结构，这意味着它们有可能用于在具有定制3D结构的药物递送平台中携带药物、细胞或生物分子。我们现在正在研究如何将这些花粉微凝胶支架用于各种生物医学应用中的3D细胞培养平台，”南洋理工大学材料科学与工程学院教授ChoNam-Joon博士说。

“鉴于花粉的刺激响应性质，基于花粉的支架也有可能用作智能药物载体。例如，我们可以通过在基于花粉的支架上涂上一层薄薄的藻酸盐来进一步减缓药物的释放，并通过引入酸来刺激释放。”

科学家们还发现，源自坚韧花粉粒的柔软而有弹性的花粉微凝胶颗粒有可能作为可回收的支撑基质，用于自由形式的3D打印，其中沉积有软墨水。支撑基质可防止印刷结构在墨水固化时塌陷。

为了测试他们方法的可行性，科学家们使用花粉微凝胶作为支撑物，为肘部制作了3D打印的硅橡胶网，在打印时可以保持肘部网的形状。

将打印的产品在花粉微凝胶内于75°C(167°F)下固化24小时后，科学家们发现打印的3D硅橡胶网可以适应人类肘部曲率。他们还发现，在花粉微凝胶支撑基质中印刷和固化的硅橡胶样品的机械性能与通过传统铸造方法制造的样品相似。

该团队目前正在寻求与行业成员合作，完善他们的3D打印创新并促进其商业应用。

“与其他类别的天然材料相比，花粉粒具有几个引人注目的特征，包括自然丰度、可再生性、可负担性、加工简便性、单分散性和可调节的流变特性，这使它们成为设计用于3D打印应用的先进材料的有吸引力的候选者，”研究人员写道。