投影式3D打印（PBP）的核心在于利用空间光调制器生成动态掩模，并将光学图案投影至光敏材料表面，实现选择性地精准固化。该技术在所有3D打印技术中具有最高的分辨率/制造时间比（RTM）。然而，在使用生物墨水作为打印材料的投影式生物3D打印（PBBP）中，打印分辨率却不尽如人意，实际的打印分辨率与理论分辨率之间存在显著差距。这主要因为活细胞的引入使得传统制造策略不再适用，对生物相容性的严格要求大大限制了打印分辨率。
EFL团队致力于生物3D打印研究十余年，为全球5000多个实验室提供生物3D打印系统解决方案，涵盖光固化生物墨水和投影式生物3D打印机。在与众多同行科学家交流的过程中，我们发现背景知识的差异导致了对许多基本概念的误解和混淆。例如：“光学分辨率”被误认为是“打印分辨率”；许多声称“高分辨率生物打印”的研究工作却展现出几个数量级的差异；“生物墨水（Bioinks）”的打印分辨率被混同于“生物材料墨水（Biomaterial inks）”的打印分辨率，诸如此类。
由于缺乏公认的分辨率定义，在描述新方法时常会出现混乱，无疑阻碍了该领域的发展。因此，我们认为有必要澄清高分辨率PBBP的一些基本概念，以帮助来自不同背景的科学家深入理解其核心逻辑。为此，我们系统总结了实现高分辨率PBBP的必要步骤和挑战，并为每个技术环节梳理了可行的优化策略。同时，我们也分享了一些对未来发展趋势的看法。我们希望为科研人员提供核心知识支撑，共同推动PBBP技术在组织工程与再生医学领域的迅速发展。相关工作“High-resolution projection-based 3D bioprinting”发表于《Nature Reviews Bioengineering》。浙江大学机械工程学院博士生何超凡为第一作者，我实验室贺永教授为通讯作者。
投影式生物3D打印的“分辨率”：市面上的投影式3D打印机均会标注一个标称分辨率数值（通常为2-50 μm）。此分辨率通常指的是光学分辨率，即理论上可达到的最高分辨率，定义为“投影图案中单个像素点的尺寸”，具体由DMD微镜的尺寸与投影镜头的放大倍率共同决定。然而，在实际应用中，我们更为关注的是打印结构的实际分辨率，即打印分辨率，定义为“打印结构中可区分的最小尺寸”。它不仅受打印机光学分辨率的影响，还受到打印材料光响应特性的制约。因此，即便是同一台打印机，其打印分辨率也可能存在较大差异。光学分辨率具有明确的定义和测试方法，而“可辨识的”最小尺寸则是一个相对模糊的概念。因此，测试打印分辨率的方法也不尽相同。总体而言可分为四类：正分辨率（RP）、负分辨率（RN）、水平分辨率（RXY）以及垂直分辨率（RZ）。尽管它们都被统称为“打印分辨率”，但实际上各自具有不同的含义和适用场景。
图1 投影式3D打印的分辨率
“高分辨率”生物3D打印：高分辨率是一个相对且动态的概念，它会随着技术的不断进步而发生变化。然而，确立一个客观的物理指标作为衡量标准是非常必要的。在生物3D打印领域，可以通过分析理论上可达到的最高打印分辨率，并在此基础上进行适当放宽（通常是理论极限的五到十倍），从而设定一个高分辨率的标准。考虑到准确且合理的定义对于避免歧义、确保研究的准确性和可重复性至关重要。这里我们定义：对于使用含有活细胞的生物墨水，打印分辨率达到50 μm被定义为高分辨率打印。而对于生物材料墨水（即打印材料作为后续细胞接种的支架），打印分辨率达到10 μm被定义为高分辨率打印。这也与当前许多研究保持一致。
高分辨率投影式生物3D打印策略：
使用树脂的传统PBP的打印分辨率与光学分辨率可以非常接近（打印分辨率可达光学分辨率的2-3倍），然而使用生物墨水/生物材料墨水的PBBP的打印分辨率却远低于理论值（打印分辨率通常为十几倍的光学分辨率）。因此，生物3D打印需要进行全面的系统优化，而非仅仅局限于对某一单个步骤的改进。为了推动高分辨率PBBP技术的发展，我们总结了实现这一目标所需的三大关键步骤，并通过构建优化路线图，为打印分辨率的提升提供全面指导。
01
构建精准光场
02
墨水精确响应
03
维持力学平衡
（3）在器官体外再造研究中，与陈昶教授团队合作实现了长段活性气管重建，证明了工程化制造的器官能够移植并长期存活（Science Translational Medicine，2023）。
https://www.nature.com/articles/s44222-024-00218-w