目前，一項開創性的新技術正在為生物3D打印進行試用，這有可能徹底改變生物組織的設計方式。新加坡國立大學研究人員開發的新方法涉及使用激光技術對細胞培養發展的微觀環境進行更高程度的控制，這為最終產品的改進提供了廣泛的優勢。

通常，生物3D打印包括將細胞植入到微型支架樣結構中，其中它們可以復制，最終以設計支架的生物工程師指導的方式形成新的組織。然而，該方法存在一定的缺點和局限性，細胞可以以非常低密度生產，但在體內的細胞擴散可能非常緩慢和不均勻。 研究人員已經提出并試用了大量其他方法，包括使用微流體過程或使用磁性或機器人技術控制細胞復制。大多數這些所謂的“自上而下組裝”過程也存在一些限制，例如限制材料選擇和有限的生物相容性。


一種取得成功的新選擇是輕型技術，這種技術通常利用被稱為“光學鑷子”的高強度激光器，其可以對微尺度上的物體操縱提供高水平的控制。激光器由自動電機控制，用虛擬3D模型編程，其將細胞的復制指導到期望的結構或圖案中。該方法的問題是激光器的高功率可能導致生物樣品池的損壞。 理想的解決方案是，使用相對較低功率的激光器的光導組裝技術進行3D打印組織。研究人員最近進行了一些有希望的研究，表明這是一個可能性。開創性的研究項目由生物工程系學生Dinh Ngoc Duy、Rongcong Luo、Maria Tankeh Asuncion Christine、Weikang Nicholas Lin、Wei-Chuan Shih、James Cho-Hong Goh和Chia-Hung Chen-PhD進行，新加坡國立大學在著名的在線期刊“Wiley”上發表了用新型近紅外（近紅外激光）方法3D打印干細胞負載微凝膠的結果，并且還提交了一項美國專利。


該團隊的創新是利用被納入微環境的金納米棒（GNR）。這些金屬棒的存在意味著更多的光從激光器吸收并隨后轉換成熱能。由于金納米棒提供的熱吸收性能的改善，使用較低強度的激光器可以對結構進行更多的控制，并且可以集成不同的建筑單元。 為了測試不同單位的改進精度和整合度，使用了特殊的水凝膠。吸收的熱能在該水凝膠中產生對流，并且控制這些熱對流的方向能夠構建特定的結構。通過引導激光，可以以特定的方式組裝顆粒，而不需要任何種類的支架。


此外，間充質干細胞接種的水凝膠微粒被制備為功能性構建塊，以構建具有所需結構的無支架組織。在這種情況下，結構的“構建塊”是水凝膠內的干細胞，并且NIR方法使生物結構能夠在短時間內在微環境中成功構建。 低激光強度NIR方法可以更好地控制對流方向，而不會犧牲不同應用的“吞吐量”，并且對生物樣品的損害較小。NIR激光作為手術中的“黃金工具”，其有可能以前所未有的3D打印方式工作。技術提供的前所未有的精確程度意味著它可以擁有廣泛的用途，不僅僅是生物打印，還有再生醫學、組織工程和先進制造的生物制造。