Bioink คืออะไร? 5 วัสดุชีวภาพยอดนิยมสำหรับ 3D Bioprinting (อัปเดต 2026)

ถ้าเปรียบเครื่อง 3D Bioprinter เป็นเครื่องพิมพ์ Bioink ก็คือ "หมึก" ที่ใช้พิมพ์ แต่หมึกตัวนี้ต้องทำได้มากกว่าแค่ขึ้นรูป เพราะต้องพาเซลล์มีชีวิตผ่านหัวฉีด แล้วยังต้องเป็นบ้านให้เซลล์อยู่ต่อได้หลังพิมพ์เสร็จ บทความนี้สรุป 5 วัสดุชีวภาพที่แล็บใช้กันจริงบ่อยที่สุด ว่าแต่ละตัวแข็งตัวด้วยวิธีไหน เหมาะกับงานอะไร และมีข้อควรระวังอะไรบ้าง

เครื่อง 3D Bioprinter ในห้องแล็บวิจัย (ภาพ: NCATS / NIH, Public domain)

Bioink คืออะไร ต่างจาก Biomaterial อย่างไร

Biomaterial (วัสดุชีวภาพ) คือวัสดุที่ออกแบบมาให้อยู่ร่วมกับร่างกายหรือเซลล์ได้โดยไม่ก่อให้เกิดอันตราย ส่วน Bioink คือ Biomaterial ที่ถูกปรับสูตรให้ "พิมพ์ได้" มักเป็นไฮโดรเจล (Hydrogel) ที่ผสมเซลล์เข้าไปด้วย หรือบางครั้งพิมพ์โครงก่อนแล้วค่อยเลี้ยงเซลล์ทีหลัง

ถ้ายังไม่คุ้นกับขั้นตอน Bioprinting แนะนำอ่าน Bioprinting 101 พื้นฐานการพิมพ์ชีวภาพ 3 มิติ ก่อน แล้วค่อยกลับมาเลือกวัสดุจะเห็นภาพชัดกว่า

เลือก Bioink ต้องดูอะไรบ้าง

• Printability ต้องไหลผ่านหัวฉีดได้ แล้วคงรูปเมื่อออกมาแล้ว วัสดุที่ดีมักเป็นแบบ Shear-thinning คือหนืดน้อยลงตอนถูกดันผ่านหัวฉีด
• วิธีทำให้แข็งตัว (Crosslinking) มี 3 แบบหลัก คือ ไอออน (เช่น แคลเซียม) แสง (UV หรือแสงสีฟ้า 405 nm) และอุณหภูมิ ต้องตรงกับหัวพิมพ์ที่เครื่องมี
• Biocompatibility ต้องไม่เป็นพิษต่อเซลล์ และมีจุดให้เซลล์ยึดเกาะได้
• ความแข็ง/ความนิ่ม ควรใกล้เคียงเนื้อเยื่อที่จำลอง เพราะเซลล์ตอบสนองต่อความแข็งของสิ่งแวดล้อมรอบตัว
• การย่อยสลาย โครงควรสลายไปพร้อมกับที่เซลล์สร้างเนื้อเยื่อใหม่ขึ้นมาแทน

5 วัสดุชีวภาพยอดนิยมสำหรับ Bioprinting

1. GelMA (Gelatin Methacrylate)

GelMA Hydrogel (ภาพ: Allevi)

GelMA คือเจลาตินที่ถูกดัดแปลงให้แข็งตัวด้วยแสงได้ เป็นวัสดุที่งานวิจัยใช้มากที่สุดตัวหนึ่ง เพราะมีลำดับโปรตีนที่เซลล์ยึดเกาะได้ดีอยู่แล้ว และปรับความแข็งได้ด้วยความเข้มข้นและเวลาฉายแสง

• แข็งตัวด้วย: แสง (ต้องใส่ Photoinitiator เช่น LAP สำหรับแสง 405 nm)
• เข้ากับเซลล์: Fibroblast, เซลล์ต้นกำเนิดมีเซนไคม์ (MSCs), เซลล์กล้ามเนื้อ (Myoblast), เซลล์กระดูกอ่อน (Chondrocyte)
• ข้อควรระวัง: ฉายแสงนานหรือแรงเกินไปทำให้เซลล์ตายได้ ควรทดสอบ Cell Viability ทุกครั้งที่เปลี่ยนค่า

2. Sodium Alginate (โซเดียมอัลจิเนต)

Sodium Alginate (ภาพ: Allevi)

อัลจิเนตสกัดจากสาหร่ายสีน้ำตาล ละลายได้ทั้งในน้ำเย็นและน้ำร้อน เมื่อสัมผัสไอออนบวกสองประจุ เช่น แคลเซียม (Ca²⁺) หรือแบเรียม (Ba²⁺) จะเกิดเจลแทบทันที จุดเด่นคือราคาถูกและความเป็นพิษต่ำ จึงเป็นวัสดุตั้งต้นที่หลายแล็บใช้ฝึกพิมพ์

• แข็งตัวด้วย: ไอออน (นิยมใช้สารละลาย CaCl₂)
• ข้อดี: ถูก ใช้ง่าย ผสมกับวัสดุอื่น เช่น GelMA หรือ Gelatin ได้
• ข้อจำกัด: ตัวมันเองไม่มีจุดให้เซลล์เกาะ จึงมักผสมกับโปรตีนหรือดัดแปลงเพิ่ม

3. Collagen (เช่น Lifeink 200)

Collagen Bioink (ภาพ: Allevi)

คอลลาเจนชนิดที่ 1 (Type I) เป็นโปรตีนหลักของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันในร่างกาย สูตรที่ทำมาเพื่อพิมพ์โดยเฉพาะ เช่น Lifeink 200 มีความเข้มข้นสูงและปรับค่า pH เป็นกลางมาแล้ว ทำให้พิมพ์เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนได้ และเซลล์อยู่รอดได้ดี

• เหมาะกับ: งานศึกษาพฤติกรรมเซลล์ใน Extracellular Matrix (ECM) แบบ 3 มิติ เช่น การเคลื่อนที่ของเซลล์และผลของความแข็งของเจล
• ข้อควรระวัง: ต้องเก็บเย็นตลอด และทำงานเร็ว เพราะคอลลาเจนจะเริ่มเป็นเจลเมื่ออุ่นขึ้น

4. PhotoHA (Methacrylated Hyaluronic Acid)

PhotoHA / HAMA (ภาพ: Allevi)

กรดไฮยาลูโรนิก (HA) มีอยู่ทั่วร่างกาย ตั้งแต่ผิวหนัง กระดูกอ่อน ไปจนถึงสมอง และมีบทบาทกับการเคลื่อนที่ การแบ่งตัว และการเปลี่ยนชนิดของเซลล์ PhotoHA คือ HA ที่ดัดแปลงให้แข็งตัวด้วยแสงได้ จึงปรับความแข็งของเจลได้ตามความเข้มข้นและปริมาณแสง

• แข็งตัวด้วย: แสง UV หรือแสงที่ตามองเห็น (ขึ้นกับ Photoinitiator)
• เหมาะกับ: โมเดลเนื้อเยื่ออ่อน กระดูกอ่อน และเนื้อเยื่อประสาท

5. Pluronic F127 (Poloxamer 407)

Pluronic F127 (ภาพ: Allevi)

Pluronic F127 ไม่ได้ใช้เลี้ยงเซลล์โดยตรง แต่ใช้เป็น วัสดุชั่วคราว (Sacrificial ink) สำหรับสร้างช่องว่างหรือท่อในเนื้อเยื่อ เช่น จำลองหลอดเลือด แล้วค่อยล้างออกทีหลัง

จุดที่หลายคนเข้าใจผิดคือ Pluronic F127 จะ เป็นเจลเมื่ออุณหภูมิห้องหรืออุ่นขึ้น และ กลับเป็นของเหลวเมื่อเย็นลงถึงประมาณ 4°C (ไม่ใช่ละลายเมื่อโดนความร้อน) ขั้นตอนจริงจึงเป็นการพิมพ์ที่อุณหภูมิห้อง แล้วแช่เย็นหรือล้างด้วย PBS เย็นเพื่อดึงวัสดุออก เหลือเป็นช่องว่างตามแบบที่ออกแบบไว้

• ใช้ทำ: ช่องทางของเหลวใน Organ-on-a-chip, โมเดลหลอดเลือด, Support ชั่วคราว
• ข้อดี: พิมพ์ง่าย คงรูปดี ล้างออกง่าย

ตารางสรุป 5 วัสดุ

อัปเดตปี 2026: แบรนด์ Allevi ตอนนี้เป็นอย่างไร

บทความเดิมของเราอ้างอิงวัสดุจาก Allevi ซึ่งเคยขายทั้งเครื่องและ Bioink ครบชุด ปัจจุบัน Allevi ถูก 3D Systems ซื้อกิจการไปตั้งแต่เดือนพฤษภาคม 2021 และไลน์เครื่องพิมพ์ชื่อ Allevi ก็หยุดผลิตแล้ว ลิงก์สินค้าเดิมหลายตัวจึงเปิดไม่ได้ แต่ตัววัสดุทั้ง 5 ชนิดยังหาซื้อได้จากผู้ผลิตวัสดุชีวภาพรายอื่น เช่น Advanced BioMatrix หรือ Sigma-Aldrich (TissueFab)

งานวิจัย Bioprinting ขยายไปถึงสถานีอวกาศนานาชาติ (ภาพ: NASA, Public domain)

เครื่อง Bioprinter ที่ใช้กับวัสดุเหล่านี้

วัสดุแต่ละตัวต้องการหัวพิมพ์ต่างกัน เช่น GelMA และ PhotoHA ต้องมีแสงสำหรับ Crosslink ส่วน Pluronic F127 และ Collagen ต้องคุมอุณหภูมิหัวพิมพ์และฐานพิมพ์ ถ้าแล็บจะใช้หลายวัสดุในชิ้นเดียว ควรเลือกเครื่องที่มีหลายหัวพิมพ์

Panospace BioPro (4 หัวพิมพ์) และ BiOne (2 หัวพิมพ์)

• Panospace BiOne 2 หัวพิมพ์ พื้นที่พิมพ์สูงสุด 150×80×50 มม. หัวพิมพ์ความร้อนสูงได้ถึง 220°C
• Panospace BioSmart 2 หัวพิมพ์ ขนาดกะทัดรัด พื้นที่พิมพ์ 100×80×50 มม.
• Panospace BioPro 4 หัวพิมพ์ พื้นที่พิมพ์ 150×120×80 มม. หัวพิมพ์ความร้อนสูงได้ถึง 280°C เหมาะกับงานหลายวัสดุ

ดูเครื่องทั้งหมดได้ที่ คอลเลกชัน BioPrinter หรือปรึกษาทีมขายเรื่องการเลือกหัวพิมพ์ให้ตรงกับวัสดุ โทร 090-998-8151 / LINE @sync.innovation

ข้อควรรู้ก่อนเริ่มพิมพ์ Bioink

• เก็บวัสดุตามฉลาก ส่วนใหญ่ต้องแช่ 2–8°C และห้ามเขย่าแรงจนเกิดฟองอากาศ
• ลองพิมพ์ "แบบไม่มีเซลล์" ก่อน เพื่อหาค่าแรงดัน ความเร็ว และอุณหภูมิที่เหมาะ แล้วค่อยใส่เซลล์
• หัวฉีดเล็กหรือแรงดันสูงเกินไปทำให้เซลล์เสียหายจากแรงเฉือน (Shear stress) ได้
• บันทึกค่าทุกครั้ง ทั้งความเข้มข้น ความยาวคลื่นแสง เวลาฉาย และผลการทดสอบ Cell Viability

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

Bioink กับ Hydrogel เหมือนกันไหม

ไม่เหมือนทีเดียว Bioink ส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจล แต่ไฮโดรเจลทุกตัวไม่ได้เป็น Bioink จะเรียกว่า Bioink ได้ต้องพิมพ์ได้และใช้ร่วมกับเซลล์ได้

มือใหม่ควรเริ่มจากวัสดุไหน

หลายแล็บเริ่มจาก Sodium Alginate เพราะราคาถูกและแข็งตัวง่าย เมื่อคุมการพิมพ์ได้แล้วจึงขยับไป GelMA หรือวัสดุผสม

Biocompatible คืออะไร

หมายถึงวัสดุที่อยู่ร่วมกับเนื้อเยื่อหรือเซลล์ได้โดยไม่ก่อปฏิกิริยาที่เป็นอันตราย แต่ระดับการรับรองต่างกันตามการใช้งาน วัสดุสำหรับงานวิจัยในห้องแล็บไม่ได้แปลว่าใช้ฝังในร่างกายคนได้

Pluronic F127 ล้างออกอย่างไร

ทำให้เย็นลงประมาณ 4°C แล้วล้างหรือไหลผ่านด้วยบัฟเฟอร์เย็น วัสดุจะกลับเป็นของเหลวและไหลออก เหลือช่องว่างไว้ในชิ้นงาน

แหล่งอ้างอิง

• SME – 3D Systems Announces Two Acquisitions (Allevi), 2021
• Liu et al. (2022) Application Status of Sacrificial Biomaterials in 3D Bioprinting, Polymers
• Sigma-Aldrich – TissueFab Sacrificial Bioink (Poloxamer F127)
• Advanced BioMatrix – PhotoHA