一种细胞3D打印机制造技术

本发明专利技术公开了一种细胞3D打印机，成形的包含细胞的支架轮廓形状精确、清晰，层与层之间不会错位，适合打印形状要求高的组织/器官。其技术方案为：细胞3D打印机包括：喷头，混合和喷射包含细胞的凝胶前驱体溶液和钙离子溶液；供料系统，向喷头供给钙离子溶液；气动控制系统，控制喷头的喷射动作；工作台，承载打印成形的包含细胞的支架；排液系统，排除工作台托盘内积聚的液体；驱动系统，使喷头相对工作台产生X、Y和Z方向的运动。

A cell 3D printer

The present invention discloses a cell 3D printer, formed of a cell containing stent, having an accurate and clear outline, no dislocation between layers, and suitable for tissue / organs requiring high printing shape. The technical scheme is as follows: 3D cell printer includes a nozzle, mixing and injection containing cells of gel precursor solution and calcium ion solution; feeding system, nozzle to supply calcium ion solution; pneumatic control system, jet nozzle motion control; working table, carrying print containing cells scaffold shape; drainage system table, remove the accumulation of the liquid in the tray; the drive system, the spray head relative to the table X, Y and Z direction movement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种3D打印机，尤其涉及一种可打印细胞的3D打印机。
技术介绍
生命科学领域正在大力发展组织工程技术，其目标是制造可植入病人体内的组织/器官，以便取代损伤的组织/器官，解决大量需求的器官移植问题。目前最先进的组织工程方法有两种：(1)scaffold-based，即：首先利用3D打印技术，用生物材料打印具有3D微孔结构的支架，提供细胞生长的空间环境，然后在3D支架中注入病人的干细胞，再在生物反应器中使细胞生长为组织/器官。(2)scaffoldfree，即：利用3D打印技术，用生物材料打印一层具有2D微孔结构的支架的同时，打印注入病人的干细胞；然后打印另一层2D微孔结构的支架，同时打印注入病人的干细胞，如此反复直到成形3D微孔结构的支架和注入所需的干细胞，再在生物反应器中使细胞生长为组织/器官。实现上述两种方法的3D打印机统称为生物3D打印机，其中，第一种称为支架3D打印机，第二种称为细胞3D打印机。采用支架3D打印机能有效地成形具有精确三维外形和内在多微孔结构的支架，但是也有一些问题，主要是：①制作的支架中的微孔易堵塞；②难以将多种细胞和细胞外基质同时植入三维支架中；③难以控制三维结构中的细胞分布、浓度和精确定位，特别是细胞的渗透深度有限，无法控制支架表面下深部的细胞分布、浓度和定位；④受支架的空间结构和分辨率的限制，细胞渗透到支架内部的速度较慢。采用细胞3D打印机能有效地解决上述问题。目前，现有的细胞3D打印机如图1所示，通常将细胞混入凝胶前驱体(例如海藻酸钠)溶液中，并将这种溶液通过喷头7喷射至工作台8上盛有钙离子(例如氯化钙)溶液的容器6中，从而两者发生凝胶反应，形成凝胶状支架与包含的细胞；也可用单独存储细胞的喷头向凝胶支架中喷射细胞。这种方法的成形过程中不发生热反应，不会损害细胞的存活，还可定点放置不同的细胞。但是，由于凝胶化反应发生在容器内的氯化钙溶液中，因此，打印的一层层凝胶状支架漂浮于氯化钙溶液中，难于准确定位，支架的轮廓形状不够精确、清晰，层与层之间易错位，因此只适合打印形状要求不高的组织/器官。
技术实现思路
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。本专利技术的目的在于解决上述问题，提供了一种细胞3D打印机，成形的包含细胞的支架轮廓形状精确、清晰，层与层之间不会错位，适合打印形状要求高的组织/器官。本专利技术的技术方案为：本专利技术揭示了一种细胞3D打印机，包括：喷头，混合和喷射包含细胞的凝胶前驱体溶液和钙离子溶液；供料系统，向喷头供给钙离子溶液；气动控制系统，控制喷头的喷射动作；工作台，承载打印成形的包含细胞的支架；排液系统，排除工作台托盘内积聚的液体；驱动系统，使喷头相对工作台产生X、Y和Z方向的运动。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，喷头为双通道同轴注射式，包括针筒、活塞、针管、针头和外套。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，针筒的上进口通过软管与气动控制系统相连，针筒的下端与针管和针头配合，针筒的内腔与活塞配合，针筒用于储存包含细胞的凝胶前驱体溶液。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，活塞的外表面与针筒内腔配合，活塞的上端受气动控制系统的气压作用，活塞的下端与包含细胞的凝胶前驱体溶液接触，活塞用于在气压作用下推动包含细胞的凝胶前驱体溶液向下流动。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，针管的上端与外套的下出口配合，针管用于钙离子溶液的向下流通。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，针头的上端与针筒的下出口配合，针头处于针管内且与针管同轴，针头用于包含细胞的凝胶前驱体溶液的向下流通。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，外套的内孔与针筒外径配合，左流道的进口通过软管与可调节流阀的出口相连，外套的下出口与针管配合，外套用于针筒的定位和钙离子溶液的流通。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，供料系统包括料筒和可调节流阀。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，料筒的上端与大气相通，料筒的下出口通过软管与可调节流阀的进口相连，料筒用于存储钙离子溶液并向喷头供给钙离子溶液。根据本专利技术的细胞3D打印机的一实施例，可调节流阀的上进口通过软管与料筒下出口相连，可调节流阀的下出口通过软管与外套的左流道的进口相连，可调节流阀用于调节流向喷头的钙离子溶液的流量。本专利技术对比现有技术有如下的有益效果：本专利技术采用双通道同轴注射式喷头，同时喷射包含细胞的凝胶前驱体溶液和钙离子溶液，并且在喷头出口处，凝胶前驱体和钙离子发生凝胶反应，形成丝状凝胶，喷射在工作台上构成一层层包含细胞的三维支架。相较于现有技术，本专利技术的这种打印机能显著提高包含细胞的支架的形状和尺寸精度，适合打印形状要求高的组织/器官。附图说明图1示出了现有细胞3D打印机的示意图。图2示出了本专利技术的细胞3D打印机的实施例的结构图。具体实施方式在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本专利技术的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。图2示出了本专利技术的细胞3D打印机的实施例的结构。请参见图2，本实施例的打印机由喷头、供料系统、气动控制系统、工作台、排液系统和驱动系统等组成。喷头包括：针筒11、活塞12、针管13、针头14和外套15。针筒11上进口通过软管与气动控制系统相连，下端与针管13和针头14配合，内腔与活塞12配合，用于储存包含细胞的凝胶前驱体溶液(例如3％的海藻酸钠溶液和细胞的混合液)。活塞12的外表面与针筒内腔配合，上端受气动控制系统的气压作用，下端与包含细胞的凝胶前驱体溶液接触，用于在气压作用下，推动包含细胞的凝胶前驱体溶液向下流动。针管13的上端与外套15的下出口配合，针管13的内孔直径约为0.9mm，用于钙离子溶液的流通。针头14的上端与针筒11的下出口配合，处于针管13内，与针管13同轴，针头14的外径约为0.7mm，从中流通包含细胞的凝胶前驱体溶液。外套15的内孔与针筒11外径配合，左流道的进口通过软管与可调节流阀23的出口相连，下出口与针管13配合，用于针筒11的定位和钙离子溶液(例如3％的氯化钙溶液)的流通。供料系统包括：料筒51和可调节流阀52。料筒51的上端与大气相通，下出口通过软管与可调节流阀52的进口相连，用于存储钙离子溶液并向喷头供给钙离子溶液。可调节流阀52的上进口通过软管与料筒51下出口相连，下出口通过软管与外套15的左流道的进口相连，用于调节流向喷头的钙离子溶液的流量。气动控制系统包括：减压阀21、电磁换向阀22和可调节流阀23。减压阀21的右进口与压缩空气源相通，左出口通过软管与电磁换向阀22的上进口相连，用于调节和稳定气压。电磁换向阀22的上进口通过软管与减压阀21的左出口相连，下出口通过软管与可调节流阀23和针筒11上进口相连，用于控制喷头的喷射动作。可调节流阀23的左进口通过软管与电磁换向阀22和针筒上进口相连，右出口与大气相通，用于快速排除活本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细胞3D打印机，包括：喷头，混合和喷射包含细胞的凝胶前驱体溶液和钙离子溶液；供料系统，向喷头供给钙离子溶液；气动控制系统，控制喷头的喷射动作；工作台，承载打印成形的包含细胞的支架；排液系统，排除工作台托盘内积聚的液体；驱动系统，使喷头相对工作台产生X、Y和Z方向的运动。

【技术特征摘要】
1.一种细胞3D打印机，包括：喷头，混合和喷射包含细胞的凝胶前驱体溶液和钙离子溶液；供料系统，向喷头供给钙离子溶液；气动控制系统，控制喷头的喷射动作；工作台，承载打印成形的包含细胞的支架；排液系统，排除工作台托盘内积聚的液体；驱动系统，使喷头相对工作台产生X、Y和Z方向的运动。2.根据权利要求1所述的细胞3D打印机，其特征在于，喷头为双通道同轴注射式，包括针筒、活塞、针管、针头和外套。3.根据权利要求2所述的细胞3D打印机，其特征在于，针筒的上进口通过软管与气动控制系统相连，针筒的下端与针管和针头配合，针筒的内腔与活塞配合，针筒用于储存包含细胞的凝胶前驱体溶液。4.根据权利要求3所述的细胞3D打印机，其特征在于，活塞的外表面与针筒内腔配合，活塞的上端受气动控制系统的气压作用，活塞的下端与包含细胞的凝胶前驱体溶液接触，活塞用于在气压作用下推动包含细胞的凝胶前驱体溶液向下流动。5.根据权利要求4所述的细胞3D打印机，其特征在于，针...

【专利技术属性】
技术研发人员：王运赣，王宣，
申请(专利权)人：上海富奇凡机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31