中国科学院深圳先进技术研究院王国成研究员和悉尼大学李佼佼助理教授：该综述介绍了微接触印刷技术的工作原理，技术特点及其相对于其他表面改性技术的优劣势。具体介绍了近年来微接触印刷技术在细胞行为研究平台的构建、多功能传感器的构建和其他类型的生物材料的构建等领域的应用研究，为相关领域的多功能材料的设计及制备手段提供一定的参考。
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研究内容简介
微接触印刷技术最早是由Lopez于1993年提出的一种表面处理方法，属于软光刻技术的一种。该技术为生物医学材料提供一种低成本、高效率、高精度的表面改性方式，通过带有预设计结构的PDMS弹性体印章，对化学基团和生物蛋白实现单分子层的转印，可在材料表面构建化学或蛋白的2D图案(Fig.1A)，在细胞行为研究及传感器的功能化方面具有广泛应用前景。除此之外，微接触印刷技术还可以构建具有2.5D结构的表面，简言之，各类具有特殊结构的表面都可作为Master，PDMS弹性体印章作为结构拓印的中间介质，在其他具有光固化或热固化性能的材料上精确复制结构（Fig.1B）。结合上述特性，微接触印刷技术在生物医学材料的设计和制备方面已经报到了一些研究，我们将近五年的相关研究分为细胞行为研究、多功能传感器的构建和其他类型的生物材料的构建三个领域进行介绍。
应用
微接触印刷在构建细胞行为研究平台的应用研究
细胞所处环境的物理、化学和生物因素均能对细胞行为产生影响，微接触印刷可以作为一种物理结构的设计手段，搭建可响应外界微环境变化的细胞培养平台。例如，研究者通过构建不同宽度和间距的蛋白条纹，研究细胞的接触引导机制（Fig.2A）或通过构建蛋白图案制备单细胞阵列，结合散射增强相衬显微镜共同研究单细胞对氧化钛纳米颗粒的摄取行为（Fig.2B）。
研究者结合微接触印刷技术和分子自组装技术，构建具有不同形状且长期稳定的细胞培养平台，用于研究几何形状对细胞分化行为的影响机制（Fig.3A）；结合微接触印刷技术的结构拓印和蛋白单分子层转移的功能，构建了一种可以限制细胞迁移的3D培养平台，用于研究多细胞在空间约束条件下的细胞行为变化(Fig.3B)。
除此之外，文中还介绍了此类应用的其他相关研究。在这类应用中，微接触印刷的低成本、高效率、高精确性的特点得到了充分体现，同时该技术可与其他工艺或检测手段联合使用，操作简单，具有广泛的应用前景。
微接触印刷在传感器构建方面的应用研究
近年来，生物传感器作为一种分析设备在生物系统中化学物质和分子的检测中得到了越来越重要的应用。生物传感器由两个基本单元组成:用于检测特定生物元件的生物受体和用于将发现转化为用于分析和解释的有用信号的信号转换器。生物传感器检测生物分子要求信号接收器具有灵敏度高、特异性强、检测功能多的特点。微接触印刷因其使特定分子的转移和接枝且具有较高的准确性和灵活性常被用于生物传感器的设计和制备。
研究者通过微接触印刷在传感器表面进行细菌压印，基于不同细菌具有特定的形态，实现对某一种细菌的特异性检测（Fig. 4A）；除细菌印记外，蛋白质分子也能实现类似的印刷过程，研究者利用微接触印刷技术将前列腺特异性抗原分子压印在传感器表面，实现对前列腺癌的有效诊断（Fig. 4B）；微接触印刷还可用于多功能传感平台的构建，有研究者将两种肝癌的标志物受体分别压印到同一块传感芯片表面，结合两种检测手段，大大提高了传感器的灵敏性（Fig. 4C）；在环境污染物检测的传感系统中，具有不同功能的材料被打印在传感器表面，结合分子自组装和其他功能粒子的接枝，可赋予该检测体系不同的功能（Fig. 4D）。
高精度的结构转印和灵活使用的特性使得微接触印刷在传感器的设计和构建中发挥重要作用，它可以有效地将不同类型的信号检测体系富集于同一张检测芯片，有效提高传感器的检测能力。
微接触印刷在其他生物器件设计和构建中的应用
微接触印刷可以将蛋白以特定的图案压印于各类基底表面，从而赋予基底一种富集细胞的能力，这为制备细胞球或细胞片提供便利。通过微接触印刷将有利于细胞黏附的聚多巴胺打印于热敏性水凝胶材料表面，当细胞在特定位置形成完整的细胞片(Fig.5A)或细胞球(Fig. 5B)时，改变温度，水凝胶的膨胀可以帮助细胞整层脱落有利于收集。
微接触印刷还可以转移化学分子层，利用该技术可复制同样比例、大小、形状的聚合物层，通过层层叠加可赋予材料表面各种功能性，制备效率高，材料均匀性好。研究者利用该技术制备高分子材料的条带，经过后续加工，制备一种可注射的水凝胶支架（Fig.6A）；利用微接触印刷在弹性牺牲层表面压印片状材料，取出牺牲层后，由于片状材料和牺牲层之间的应力消失，片状材料发生自卷曲，构建了一种药物递送推进器（Fig.6B）；利用该技术制备纳米片材料，结合细胞膜插层技术，实现纳米片材料功能和细胞功能的复合，有利于开发一种新的多功能细胞疗法（Fig.6C）。
本文综述了μCP在构建细胞培养平台、生物传感器件和药物传递系统方面的最新研究进展。该技术在材料表面改性方面的作用主要包括化学基团转移与生物因子改性及几何结构制备，在生物行为调控方面和批量生产方面都具有重要意义。综上，微接触印刷技术在生物医学领域具有较为广泛的应用前景，希望本文能为生物医用器件的设计和构建以及细胞粘附等行为机制的研究提供新的启发。
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论文通讯作者简介
邱实
中国科学院大学（中科院深圳先进技术研究院），生物医药研究所，人体组织与器官退行性研究中心，2018级硕士研究生，研究方向为微接触印刷在生物材料的表面改性方向的应用。
纪佳雯
中国科学院大学（中科院深圳先进技术研究院），生物医药研究所，人体组织与器官退行性研究中心，2020级硕士研究生，研究方向为微接触印刷在智能结构表面的构建的应用研究。
王国成
王国成，现为中国科学院深圳先进技术研究院研究员，博士生导师。长期致力于人体硬组织替换、软/硬组织再生材料及材料表面纳米工程技术开发应用研究。在生物材料和表/界面领域的主流期刊上已发表SCI论文50余篇，其中包括Nature Nanotechnology、Biomaterials、Materials Horizons,、Chemical Engineering Journal、Carbon、Applied Materials Today、ACS Applied Materials & Interfaces等。合作出版专著一本，拥有授权国内发明专利多项。主持多项科技项目，其中包括国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金和公益能力建设项目、深圳市基础研究、技术攻关、国际合作等项目。此外，还作为核心成员参与两项国家重点研发计划项目。
Jiao jiao Li
李佼佼，现为澳大利亚悉尼科技大学生物医学工程系Lecturer，澳大利亚国家健康与医学研究会青年研究员，澳大利亚国家科研协会创新生物工程中心项目调查员，澳大利亚科学技术协会2021-22 Superstar of STEM，国际骨关节炎研究协会青年委员会成员。致力于人体骨骼系统再生医学，包括干细胞与生物材料技术的开发与应用研究。在国际期刊上已发表SCI论文50余篇，其中包括Advanced Healthcare Materials, Journal of Materials Chemistry B,Biomacromolecules, Acta Biomaterialia, Tissue Engineering 等。主持国家级科研项目，并对省级及国家级科普与公益活动做出重要贡献。
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资助信息
该研究得到了国家自然科学基金（51872318, 31701005），广东省科技项目（2018A030313015），深圳市科技研究基金(GJHZ20180420180912286, GJHZ20190821155803877)和澳大利亚国家卫生和医学研究协会(GNT1120249)的支持。
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原文信息
ShiQiu#, Jiawen Ji#, Wei Sun, Jia Pei, Jian He, Yang Li, Jiao jiao Li*, GuochengWang *. Recent advances in surface manipulation usingmicro-contact printing for biomedical applications.
Smart Materials in Medicine 2 (2021), 65-73
DOI: 10.1016/j.smaim.2020.12.002
