中科院理化所AFM：低温生物制造——原理、技术与应用

背景：传统生物制造技术难以构建跨尺度结构，分辨率低（如挤压式3D打印约100微米，而毛细血管仅5-10微米），且软材料形状保真度差、存在层间坍塌风险，难以实现大规模构建和长期保存，阻碍了临床转化。研究目的：中国科学院理化技术研究所饶伟研究员团队在《Advanced Functional Materials》上发表综述，旨在系统总结低温生物制造这一新兴交叉学科领域，定义其统一概念框架，将低温条件作为解决生物制造关键挑战的通用工具，并介绍其核心原理、代表性技术及应用。结论：低温生物制造利用冰晶形成构建各向异性多孔结构（物理效应）、低温下抑制细胞代谢实现长期保存（生物效应）、以及低温下改变酶活性优化工艺（化学效应）。三大核心技术包括冷冻铸造（冰模板法构建分级多孔结构）、冷冻纺丝（制备取向孔结构纤维膜）和低温3D生物打印（相变沉积实现无支撑自由构建和集成低温保存）。这些技术在神经组织工程（如脊髓损伤修复）、骨组织工程（如骨缺损修复）和疾病模型构建中展现出广阔前景。未来，通过优化冷冻保护剂、发展先进温控系统和结合机器学习，低温生物制造有望推动临床转化和器官库建设，甚至服务于深空探索。