الحبر الحيوي مادة تُستخدم لإنتاج أنسجة حية مُهندسة/اصطناعية باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد . تتكون هذه الأحبار في الغالب من الخلايا التي يتم استخدامها، ولكن استخدمها غالبًا يكون مع مواد إضافية تُغلف الخلايا. يُعرَّف الحبر الحيوي بأنه مزيج من الخلايا وهلامات البوليمر الحيوي. يجب أن تستوفي هذه الأحبار خصائص معينة، منها الخصائص الريولوجية والميكانيكية والوظيفية الحيوية والتوافق الحيوي، وغيرها. يوفر استخدام الأحبار الحيوية إمكانية تكرار عالية وتحكمًا دقيقًا في الهياكل المصنعة بطريقة آلية. تُعتبر هذه الأحبار من أكثر الأدوات تطورًا في هندسة الأنسجة والطب التجديدي.
على غرار اللدائن الحرارية التي تُستخدم عادةً في الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية، يمكن بثق الأحبار الحيوية عبر فوهات أو إبر الطباعة لتشكيل خيوط تحافظ على شكلها بعد الترسيب. مع كل ذلك، تتأثر الأحبار الحيوية بظروف معالجة الطباعة ثلاثية الأبعاد العادية.
تختلف الأحبار الحيوية عن مواد الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية؛ فمثلا:
تمت الطباعة في درجة حرارة أقل بكثير (37 (درجة مئوية أو أقل)
ظروف ترابط معتدلة
مشتقة من الطبيعة
نشطة بيولوجيًّا
خلايا قابلة للتلاعب
غالبًا ما تُستوحى تركيبات وخواص الأحبار الحيوية من المواد الهيدروجيلية الحيوية الموجودة. مع ذلك، تطورت هذه المواد الهيدروجيلية في الغالب لتسهيل نقلها بالماصات وصبّها في أطباق الآبار وغيرها من القوالب. لذا، يُعدّ تعديل تركيب هذه الهيدروجيلات للسماح بتكوين الخيوط ضروريًا لتحويلها إلى مواد قابلة للطباعة الحيوية. إلا أن الخصائص الفريدة للأحبار الحيوية تُشكّل تحديات جديدة في تحديد قابلية المواد للطباعة.
تتضمن تقنيات الطباعة الحيوية التقليدية ترسيب المواد طبقة تلو الأخرى لتكوين البنية النهائية، ولكن في عام 2019، طُرحت طريقة جديدة تُسمى الطباعة الحيوية الحجمية. تشكل الطباعة الحيوية الحجمية عندما يُوضع حبر حيوي في خلية سائلة ويُشعّع بشكل انتقائي بواسطة مصدر طاقة. تعمل هذه الطريقة على بلمرة المادة المُشعّعة بنشاط، والتي تُشكّل البنية النهائية. يُمكن لتصنيع المواد الحيوية باستخدام الطباعة الحيوية الحجمية للأحبار الحيوية أن يُقلّل وقت التصنيع بشكل كبير. في علم المواد، يُعدّ هذا إنجازًا هامًا يسمح بإنتاج مواد حيوية مُخصصة بسرعة. يجب تطوير هذا الإجراء ودراسته سريريًا قبل تحقيق أي تقدّم كبير في صناعة الطباعة الحيوية.
على غرارمواد الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية، مثل اللدائن الحرارية التي تُصبح ثابتة الشكل بعد الطباعة، تُعدّ الأحبار الحيوية نظامًا ديناميكيًا نظرًا لمحتواها العالي من الماء وبنيتها غير البلورية في كثير من الأحيان. كما يجب تحديد مدى دقة شكل الحبر الحيوي بعد ترسيب الخيوط. وأخيرًا، يجب مراعاة ضغط الطباعة وقطر الفوهة لتقليل إجهادات القصّ الواقعة على الحبر الحيوي وعلى أي خلايا بداخله أثناء عملية الطباعة. قد تؤدي قوى القصّ العالية جدًا إلى تلف الخلايا أو تحلّلها، مما يؤثر سلبًا على حيويتها.
تشمل الاعتبارات المهمة في قابلية الطباعة ما يلي:
توحيد قطر الخيوط
الزوايا عند تلاقي الخيوط
"اندماج" الخيوط عند نقاط التقاطع
الحفاظ على دقة الشكل بعد الطباعة ولكن قبل الترابط
ضغط الطباعة وقطر الفوهة
لزوجة الطباعة
خصائص التجلط