3D打印技术就像是一个神奇的魔法棒，能把各种材料变成我们想要的三维物体。水凝胶是一种特殊的材料，它能在水中吸水溶胀，保持形状还不会溶解。从微观上看，它由高分子链形成三维网络结构。水凝胶根据聚合前体是不是天然高分子，分为天然水凝胶和合成水凝胶。天然水凝胶比如海藻酸钠、壳聚糖、明胶这些，合成水凝胶有聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇等。

近几十年来，水凝胶因为制造方法多样、生物相容性好，跟天然细胞外基质很相似，在组织工程领域有了广泛应用。组织工程是一门新兴科学，它利用工程和生命科学的原理，来修复受损的组织和器官。它的基本原理是把细胞当作种子，在体外和支架材料、生长因子混合后再植入受损部位，随着细胞生长、分化，细胞外基质分泌，支架材料慢慢降解，受损部位就得到修复了。为了让水凝胶能更好地模拟体内环境，就需要它的性能和成型方法满足组织修复和器官替代的要求。现在常用的水凝胶成型方法有铸模成型、静电纺丝、注射成型、立体光刻等。这些方法虽然简单、成本低，但也有成型精度低、速度慢的缺点。

3D打印技术从上世纪90年代中期开始发展，它跟普通打印机原理差不多，不过打印材料更丰富，像金属、陶瓷、塑料等都能当“墨水”。通过电脑控制把这些“墨水”一层一层叠加起来，就能得到实物。3D打印技术有两个关键因素，一个是打印技术，另一个是打印墨水材料。不同的打印技术需要匹配不同的墨水材料。常见的3D打印技术有挤出式、喷末、光聚合等。在组织工程领域，常用的3D打印方法主要分为挤出式打印和光固化式打印。挤出式打印就是用压力把材料挤出喷头，喷头在三维空间移动来制造复杂结构；光固化式打印则是利用水凝胶预聚体在特定光下发生液固转变来成型。这里说的水凝胶预聚体就是生物墨水，生物墨水必须具备良好的生物相容性和成型性能。