新药研发一直面临"三高一低"的困局:高投入、高风险、高淘汰率、低成功率。据统计,一款新药从研发到上市平均耗时超过10年、花费数十亿美元,而临床候选药物在后期因安全性或有效性问题被迫终止的比例依然居高不下。
问题出在哪?很大程度上出在筛选模型上:
在这一背景下,DIW(Direct Ink Writing,直写成型/墨水直写)生物3D打印技术异军突起。它通过将生物墨水(水凝胶、细胞悬液、药物载体等)按预先设计的三维路径逐层挤出成型,可以在温和的条件下精确构建复杂的三维结构,被业界视为连接"体外筛选"与"体内疗效"的关键桥梁。

DIW(Direct Ink Writing)直写成型技术,属于挤出式增材制造的一种。其核心原理是:将可打印的"墨水"(如水凝胶、明胶、海藻酸钠、药物混悬液、陶瓷浆料等)装入料筒,通过气动或机械压力使墨水从微米级喷嘴连续挤出,沿三维路径逐层沉积成型。
与其他3D打印技术相比,DIW 的独特之处在于:
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对比维度 |
DIW直写 |
光固化(SLA/DLP) |
熔融沉积(FDM) |
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成型条件 |
常温/温和条件 |
需紫外光 |
高温熔融 |
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材料形态 |
溶液、悬浮液、浆料、熔融体 |
光敏树脂 |
热塑性线材 |
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细胞/药物活性 |
友好,可打印活细胞与活性药物 |
受光毒性影响 |
高温破坏活性成分 |
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材料自由度 |
极高,配方可自行调配 |
受光敏体系限制 |
受限于热塑材料 |
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多材料多通道 |
支持,可同轴/梯度联合打印 |
较难 |
较难 |
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设备成本 |
适中 |
较低 |
较低 |
正是这种"材料兼容广 + 成型条件温和 + 结构精度可控"的特性,使 DIW 技术在药物筛选领域展现出巨大潜力。
药物在体内的靶点分布、渗透深度、释放行为都发生在三维空间中。DIW 技术可以精确控制支架的孔隙率、孔径、纤维走向和层间结构,模拟细胞外基质(ECM)的拓扑结构,让细胞在模拟体内的环境中增殖、分化和交流。
多项研究表明,3D 细胞培养模型中的药物响应曲线与临床结果的相关性显著优于 2D 培养,可有效降低后期临床失败风险。
药物早期筛选往往需要对成百上千个化合物条件进行平行测试。DIW 设备凭借大成型空间 + 多通道并行打印能力,可以:
这一特性使 DIW 成为药物研发企业搭建高通量3D筛选平台的理想硬件基础。
DIW 不仅打印"组织",更可以直接打印"药物+载体"。这一能力在剂型研发与筛选中价值巨大:
药物筛选模型中,细胞活性、蛋白功能和药物分子的完整性至关重要。DIW 的成型过程无需高温、无需紫外光(除非选配固化模块),这对活细胞、蛋白药物、细胞因子和敏感小分子极为友好:
科研级 DIW 设备通常支持全参数数字化记录:打印压力、平台温度、固化温度、喷嘴直径、料桶规格、模型三维数据、材料黏度等关键参数全程留痕。这一特性带来三重价值:
随着微生理系统(MPS)与器官芯片技术的兴起,DIW 设备正在成为这些系统“心脏”——为其提供标准化的、可定制的三维组织单元。
作为专注于科研3D打印设备的增材制造企业,深圳森工科技有限公司推出了自主研发的科研级 AutoBio 系列 DIW 墨水直写生物3D打印机,专为生物、医药、食品、陶瓷、材料等多领域研发场景设计。
AutoBio 系列定位为科研型、多学科、可延展的墨水直写平台,覆盖从基础材料测试到深度制剂研发的全生命周期需求。
| 参数项 | AutoBio专业版 | AutoBio旗舰版 |
| 成型空间 | ≥250*200*100mm | ≥300*200*100mm |
| Z轴结构 | 单Z轴 | 双Z轴 |
| 打印通道 | 单/双通道 | 双/四通道 |
| 校准方式 | 自动校准 |
自动校准 |
| 气压调节 | 软件/手动调节 |
软件/手动调节 |
支持浆料、液体、悬浮液、熔融体全形态原料,兼容硅胶、水凝胶、明胶、羟基磷灰石、药物细胞悬液、药用辅料、陶瓷浆料、食品材料等数十种体系,且材料调配简单,无需制备成线材或光敏树脂,可随实验进程随时调整配方。
AutoBio 系列采用冗余化架构与拓展坞设计,可灵活搭载:
通过不同模块与材料的组合,可调制出数十种打印工艺模式。
如需了解 AutoBio 系列在药物筛选、组织工程或递送系统研发中的具体方案,可访问森工科技官网或联系其研发团队获取定制化解决方案。
Q1:DIW直写3D打印和传统3D打印有什么区别? A:DIW属于挤出式打印,将溶液/浆料/悬浮液直接挤出成型,无需高温熔融或紫外光固化,材料自由度高,特别适合活细胞、药物、水凝胶等敏感材料。
Q2:DIW技术打印的模型能用于药物筛选吗? A:可以。DIW构建的三维细胞模型/微组织模型在药物响应相关性上优于2D培养,配合高通量打印可满足先导化合物筛选需求。
Q3:DIW设备打印活细胞的存活率如何? A:采用温和成型工艺(常温挤出、无紫外照射)时,细胞存活率可达较高水平,具体取决于墨水配方与打印参数。
Q4:药物筛选用DIW打印机需要多大成型空间? A:取决于用途。小量验证可选200×150×100mm左右的工作空间;若需要大尺寸组织模型或批量化平行实验,建议选择300×200×100mm及以上规格。
Q5:AutoBio系列支持哪些材料? A:兼容溶液、悬浮液、浆料、熔融体等多种形态,涵盖水凝胶、明胶、硅胶、药物细胞悬液、药用辅料、陶瓷浆料及各类食品材料。
DIW直写生物3D打印正在把药物筛选从"平面上做实验"推进到"三维空间中做研发"。它以真实的三维微环境、高通量的筛选能力、一体化的递送系统构建、温和的材料兼容性与全程可追溯的数据体系,为新药研发降本增效提供了全新的技术路径。

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