文献综述（或调研报告）：
三维（3D）生物打印是一种创建复杂组织和器官拟态的强大工具[1,2].可实现3D细胞培养，药物筛选，体外疾病建模，组织和器官修复以及再生等[3,4]，尺寸通常达到细胞尺寸（微米级），依托水凝胶等生物相容性材料（如PDMS）。3D生物打印机是一种能够在数字三维模型驱动下，按照增材制造原理定位装配生物材料或细胞单元，制造医疗器械、组织工程支架和组织器官等制品的装备。
3D生物打印这一技术概念最早是由美国Clemson university、University of Missouri、Drexel University等大学的教授在2000年左右提出，2003年Mironv V和Boland T在Trends in Biotechnology杂志系统提出“器官3D打印”这一概念。器官移植可以拯救很多人体器官功能衰竭或损坏的患者生命，但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。随着3D生物打印机的问世，这些问题的解决有了新的技术手段。这种机器首先读入由医学影像数据重建或设计的三维模型，将模型离散成多个片层，计算机控制打印喷头逐层'打印”打印由生物材料或细胞组成的“生物墨水”，不断重复这一过程，直至打印完成三维组织前体。随后，细胞开始重新组织、熔合，形成新的血管等组织结构。3D生物打印机可以有多个打印喷头，喷头可以打印混合了人体细胞的凝胶等，被称为“生物墨”；也可以打印纯生物材料，被称为“生物纸”。所谓生物纸其实是主要成分是水凝胶，可用作细胞生长的支架。3D生物打印机使用来自患者自己身体的细胞，所以不会产生排异反应。Edward Kang et al.(2011)模仿蛛丝原理，设计了一款多通道的微流控芯片，通过气动控制开闭实现多材料的打印[5]；Melo et al.(2019)采用3D打印实现了软骨组织的打印修复，并讨论了它的机械性能[6]；Kai Zhu et al.(2017)， Stower Hannah（2019）实现了3D打印心肌细胞，用以修复心脏结构[7,8]；Honglei Jian et al.采用基于Fmoc-dipeptide的新型生物墨水进行3D打印，具有良好的理化稳定性，并可促进细胞快速繁殖[9]。
3D生物打印机的同时也可以医疗器件的制造。因其采用生物相容性墨水，对人无毒无害，同时具有良好的延展性，本研究将着重探索其在柔性传感器上的应用。近年来，随着移动互联网和智能终端的快速发展，可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景。作为核心部件之一的柔性可穿戴电子传感器，以其装置的宽量程灵敏度、响应时间、便携性、使用舒适性和多功能集成等特点已经成为人们关注的热点，激发了国内外研究人员对柔性可穿戴电子传感器的研究和开发[27]。
目前制作柔性传感器的材料有很多，主要是金属材料、无机半导体材料、有机材料和柔性基底，以金属材料来说，运用金银铜等导体材料做电极和导线这个难度不大；无机半导体材料包括很多，如科学家曾采用以ZnO和ZnS为材料制作了一种柔性传感器，利用了光电效应，这其中的难题是材料的弯曲度有限；有机材料的柔韧性更好，但是对压阻和电容信号敏感度不如金属材料，在高精度的测量领域发展受限；柔性基底的材料非常有限，比较成功的是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，亦为本文重点讨论的材料之一。研究人员通常采用新型纳米材料和聚合物来提升灵敏度：鲍哲楠组通过多孔导电聚合物材料，实现了对外界传感的超高灵敏度[10]；Ko, H.C. et al.(2009)利用硅薄膜作为岛结构，聚酰亚胺包覆的金属薄膜作为连接的桥结构实现了柔性岛桥结构，展示了在触觉传感、心脏表面包覆等的医疗和健康领域的应用[11]； Chao Ye et al.(2019)采用导电丝绸纤维(CSF)，加入CNT和HFIP，制作出了具有良好延展性、导电性、抗污性的可穿戴材料[12]；Yu Shrike Zhang et al.用PDMS，Au和Ti做电极，制作出的片上器官芯片，可以调控细胞所处环境的理化性质并实时监测[13,14]；近年来也衍生出新型导电聚合物的柔性压力传感器，如PEDOT：PSS[15]，Reduced Graphene Oxide（rGO）[16]，国内的Yuanzhao Wu et al.(2018) 采用PDMS为基底，利用压力导致的磁场强度变化，制作出了亲肤的微型压力传感器[17]；Wei Yang et al.(2017)以纳米纤维为基底，制作出了具有良好透气性的压电传感器[18]。
除了在材料方面进行革新，研究人员也在微纳结构设计和微纳加工工艺上做出大量实践，获得多项成果：鲍哲楠组在微米尺度上的角锥体阵列实现了高灵敏度的压力传感器[19]；除角锥体外，还包括立方体，圆柱体，半圆球体等等[20-22]，甚至是生活中常见的具有微纳尺度的模板[23，24].
工作原理上，主要以电容式，接触式，压电式传感器为主，王中林等也提出了摩擦机制的压力传感器件，同样具有良好的电能转换效率，所以可以用作能量收集[20].
将3D打印技术应用于柔性器件同样有例可循，Hong Wei et al.(2017)采用3D打印技术，将PDMS和CNT结合，打印出了具有良好延展性的电极。但是对3D生物打印柔性器件的材料性能和优劣、生物相容性的讨论较少。 本文将围绕采用3D生物技术所制作的柔性传感器，探究其性能及电学参数，给出一种医疗及商业化的可靠方案。
1. Pati, F.; Gantelius, J.; Svahn, H. A., 3D Bioprinting of Tissue/Organ Models. Angew.
Chem. Int. Edit. 2016, 55, 4650-4665.
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