三维生物打印将活细胞、生长因子和生物相容性物质的混合材料打印成具备人体组织功能或器官功能的复杂结构。这些结构可用于高通量药物筛选、可移植材料和再生医学医疗设备。该技术在应用于临床治疗之前所面临的主要挑战是需要用精细构建的生物材料替代树脂和热塑性塑料等传统材料,以达到精确复制生物组织带血管网络的多尺度结构和其相应生物功能的目的。在血管网络多尺度结构的打印策略中,挤出式打印因兼容各种墨水材料和喷嘴设计得到最广泛的应用。其原理是将挤出的油墨快速固化成二维结构,随后逐层堆叠成三维结构。但这样的逐层堆叠原理很难构建任意设计的自由结构,尤其是具有精确空间定义特征的自由形式的管状网络结构,如胃管、管状气管、肿瘤血管网络等。为此“嵌入式打印”的概念应运而生,即液态的墨水被挤出在周围的基质中,以支撑自由形式结构的打印。这些基质包括粘性油、弹性体、自愈合水凝胶和颗粒凝胶悬浮液等。尽管目前前人在这方面的研究取得了一定的进展,但要兼顾打印产品的几何结构、机械性能和生化功能仍然是一项挑战。为攻克以上挑战,本论文创新性地提出基于双水相体系的嵌入式三维生物打印方法,即利用双水相体系作为打印原材料,采用嵌入式挤出打印策略,通过调控体系的流变性质和引入氢键实现了真正自由形式血管网络结构的打印,并兼顾了其机械性能和生化功能。具体研究内容主要包括以下三个部分:1.双水相体系的基础研究。设计并制备了一系列双水相体系,通过分相实验进行了可行性研究,验证了体系的互不相容性;通过螺旋线对比实验研究了不同体系及pH、PAA浓度对二维结构的稳定性,确定了最优的体系设计;通过流变测试和界面张力测试分析了引发二维结构稳定性差异的原因和体系的设计原则;通过界面观察实验表征了氢键膜的宏观形成过程,通过扩散实验证实了氢键膜的选择透过性。2.基于双水相体系的三维打印研究。通过理论模型的建立研究了打印精度的参考方程;通过对比实验研究了打印参数的合理范围;在此基础上打印了复杂的三维全水结构;通过重构实验验证了基于双水相体系嵌入式打印方法的动态修改能力;通过温度变化及紫外照射验证了不同的固化方式。3.活细胞打印的研究。通过单通道与双通道的细胞打印实验证明该体系的良好细胞兼容性,展示了本方法在构建真正血管网络方面的潜力。