一种基于DLP的载细胞多材料3D打印系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于DLP的载细胞多材料3D打印系统。包括DLP投影光机、反射镜、打印台升降模组、温控料槽、储料槽、进料选择开关、进料蠕动泵和出料蠕动泵；DLP投影光机和打印台升降模组布置于温控料槽的侧方，DLP投影光机发出光束经反射镜反射到温控料槽，打印台升降模组布置于温控料槽的侧方；储料槽输出至少三路液口经进料选择开关输入到进料蠕动泵的输入口，进料蠕动泵的输出口连接到温控料槽的进料口，温控料槽的出料口经出料蠕动泵和储料槽连通；所述的储料槽内储存至少两种载细胞生物墨水。本发明专利技术的一次换料辅助以三次清洗，加热更加均匀、温度变化更加平缓，打印效果才会更好，适用于超净台等狭小的空间操作。适用于超净台等狭小的空间操作。适用于超净台等狭小的空间操作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DLP的载细胞多材料3D打印系统


[0001]本专利技术属于生物组织工程
的一种载细胞材料3D打印系统，具体涉及一种基于DLP的载细胞多材料3D打印系统。

技术介绍

[0002]组织工程是一门以细胞生物学和材料科学为基础，辅助以模型构建和多种制造工艺，从而在体外或体内实现人工再构建和培养具有生物活性的组织或器官的学科。生物3D打印技术是一种在数字三维模型驱动下，空间内精确定位堆积生物材料或细胞单元的增材制造技术，可以实现复杂结构的制造，且材料选择范围广，是组织工程支架和组织器官的有力工具。基于DLP的生物3D打印技术，相比于挤出、喷墨等常见生物3D打印技术，具有打印速度更快、精度更高、可成形结构更复杂等优点，结合多材料工艺可以实现多种载细胞生物墨水的一体成形，对于多细胞组织的构建及其作用机理研究具有重要意义。
[0003]DLP(Digital Light Processing)，全称是“数字光处理”技术，基于DMD芯片反射紫外光的成像原理，以光敏材料为原料，基于面曝光成形。多材料DLP光固化打印则扩展了在材料维度的多样性，可以实现多材料、多功能结构的一体成形。将DLP技术与光敏水凝胶材料结合，可以实现载细胞复杂精细结构的快速打印。而且相比于挤出打印，光固化成形不会对细胞造成剪切损伤，且可见光对细胞损伤较小，进而提高细胞存活率。
[0004]目前多材料DLP的实现主要有两种方式，一种是基于多料槽换料原理，该种装置换料装置所占体积大，多种材料间的清洁换料方式较为粗暴，主要应用在硬质树脂。一种是基于微流道控制原理，该种装置只有一个料槽，配合多个进料口和出料口实现换料，该原理目前主要应用在了基于自上而下曝光的DLP系统，受限于料槽高度，且随着打印高度的上升单次换料所需材料体积成比例增加。
[0005]上述多材料DLP装置目前多应用在硬质树脂材料的打印，对于适用于多种载细胞生物墨水的DLP打印，Shaochen Chen课题组(X.Ma et al.Proceedings of the National Academy of Sciences(2016))在这方面做出了探索，然而是依托单材料DLP装置，多种材料间需人工更换材料，只适用于层数少、简单结构的多种载细胞生物墨水的打印。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术涉及了一种基于DLP的载细胞多材料3D打印系统，体积小、灵活度高，装置的设计是为了载细胞打印而进行的。
[0007]该系统基于自下而上曝光的DLP投影原理，辅助以温度控制模块，通过对进、出料的自动化控制，可以实现多种低粘度载细胞生物墨水在恒温环境下的快速、高精度、高存活率的复杂结构成形。
[0008]适用于超净台等狭小空间的操作，防止生物材料的冷凝。采取一次换料三次清洗的方案，对已成形结构更加柔和，对细胞更加友好。可一次性打印多个样品，保证了样品间的高度一致性，有效满足医学中的批量实验要求。
[0009]本专利技术所采用的技术方案是：
[0010]本专利技术包括DLP投影光机、反射镜、打印台升降模组、温控料槽、储料槽、进料选择开关、进料蠕动泵和出料蠕动泵；DLP投影光机和打印台升降模组布置于温控料槽的侧方，DLP投影光机发出光束经反射镜反射到温控料槽，打印台升降模组布置于温控料槽的侧方；储料槽输出至少三路液口经进料选择开关输入到进料蠕动泵的输入口，进料蠕动泵的输出口连接到温控料槽的进料口，温控料槽的出料口经出料蠕动泵和储料槽连通；所述的储料槽内储存至少两种载细胞生物墨水。
[0011]所述的温控料槽包括储料腔体、顶盖、密封圈、石英玻璃、聚酰亚胺加热环片、贴片温度传感器和底座；底座中心上端开口，开口内底部放置两层石英玻璃，下层的石英玻璃底面布置聚酰亚胺加热环片，上层的石英玻璃上布置储料腔体，储料腔体周围上布置顶盖，顶盖压在底座上，两层石英玻璃之间以及上层石英玻璃和储料腔体底部之间均通过密封圈密封连接，储料腔体中心开设储料腔，在储料腔两侧对称开设斜向布置的通道口分别作为进料口和出料口，进料口和出料口从储料腔的两侧分别连通于储料腔；底座侧壁开设通孔通道，贴片温度传感器从通孔通道伸入到上层石英玻璃和储料腔体底部之间。
[0012]储料槽和进料蠕动泵之间通过多路硅胶管连接，所述的进料选择开关包含带孔外部支架、分叉凸轮和42步进电机，带孔外部支架成筒体结构，多路硅胶管从带孔外部支架一处侧壁的孔穿入带孔外部支架内后再从带孔外部支架另一处侧壁的孔穿出带孔外部支架外后均连接到进料蠕动泵的输入口，分叉凸轮位于带孔外部支架内，分叉凸轮和42步进电机的输出轴同轴连接；42步进电机运行带动分叉凸轮旋转，通过分叉凸轮的各个凸起部分别挤压各个硅胶管，而仅不挤压一个硅胶管，进而实现对多路硅胶管的一路导通控制。
[0013]所述的储料槽内设有聚酰亚胺加热片以及布置在聚酰亚胺加热片上的载细胞生物墨水存储区、PBS缓冲液存储区和废液存储区，载细胞生物墨水存储区具有至少两种载细胞生物墨水的存储仓，分别用于储存至少两种载细胞生物墨水。
[0014]还包括控制中心，DLP投影光机、进料蠕动泵、出料蠕动泵、进料选择开关、打印台升降模组均连接到控制中心。
[0015]打印方法包括以下步骤：
[0016]S1、材料的进料：
[0017]进料选择开关旋转控制分叉凸轮释放储料槽中第一种载细胞生物墨水材料输送出，经进料蠕动泵运转，输送所需量的第一种载细胞生物墨水材料经过进料口进入温控料槽；
[0018]S2、载细胞生物墨水材料的单层成形；
[0019]电脑控制DLP投影光机投射出对应此时所需的温控料槽的储料腔内载细胞生物墨水材料的切片图案，自下而上按照曝光时间进行曝光，使得投射切片图案处的载细胞生物墨水材料由液态变为固态；
[0020]S3、一次换料三次清洁
[0021]打印平台升降模组向上抬升，出料蠕动泵运转，将储料腔内的第一种载细胞生物墨水材料蠕动输送至储料槽的废液存储区；
[0022]进料选择开关旋转，控制分叉凸轮释放储料槽中的PBS缓冲液输送出；
[0023]进料蠕动泵运转，输送所需量的PBS缓冲液经过进料口进入温控料槽的储料腔，对
储料腔和已成形结构进行冲洗，同时出料蠕动泵运转，将冲洗后含残留材料的PBS缓冲液蠕动输送至储料槽的废液存储区，完成第一次清洁；
[0024]进料蠕动泵再次运转，输送所需量的PBS缓冲液经过进料口进入温控料槽的储料腔，对储料腔和已成形结构进行冲洗，同时出料蠕动泵运转，将冲洗后含残留材料的PBS缓冲液蠕动输送至储料槽的废液存储区，完成第二次清洁；
[0025]进料选择开关旋转，控制分叉凸轮释放下一种载细胞生物墨水材料输送出，经进料蠕动泵运转，输送所需量的下一种载细胞生物墨水材料经过进料口进入温控料槽的储料腔，冲洗前两次清洁中残留的PBS缓冲液；再出料蠕动泵运转，将残留的PBS缓冲液和下一种载细胞生物墨水材料蠕动输送至储料槽的废液存储区，完成第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DLP的载细胞多材料3D打印系统，其特征在于：包括DLP投影光机(1)、反射镜(2)、打印台升降模组(3)、温控料槽(4)、储料槽(6)、进料选择开关(8)、进料蠕动泵(9)和出料蠕动泵(10)；DLP投影光机(1)和打印台升降模组(3)布置于温控料槽(4)的侧方，DLP投影光机(1)发出光束经反射镜(2)反射到温控料槽(4)，打印台升降模组(3)布置于温控料槽(4)的侧方；储料槽(6)输出至少三路液口经进料选择开关(8)输入到进料蠕动泵(9)的输入口，进料蠕动泵(9)的输出口连接到温控料槽(4)的进料口(18)，温控料槽(4)的出料口(19)经出料蠕动泵(10)和储料槽(6)连通；所述的储料槽(6)内储存至少两种载细胞生物墨水。2.根据权利要求1所述的一种基于DLP的载细胞多材料3D打印系统，其特征在于：所述的温控料槽(4)包括储料腔体、顶盖(12)、密封圈(13)、石英玻璃(14)、聚酰亚胺加热环片(15)、贴片温度传感器(16)和底座(17)；底座(17)中心上端开口，开口内底部放置两层石英玻璃(14)，下层的石英玻璃(14)底面布置聚酰亚胺加热环片(15)，上层的石英玻璃(14)上布置储料腔体，储料腔体周围上布置顶盖(12)，顶盖(12)压在底座(17)上，两层石英玻璃(14)之间以及上层石英玻璃(14)和储料腔体底部之间均通过密封圈(13)密封连接，储料腔体中心开设储料腔(11)，在储料腔(11)两侧对称开设斜向布置的通道口分别作为进料口(18)和出料口(19)，进料口(18)和出料口(19)从储料腔(11)的两侧分别连通于储料腔(11)；底座(17...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹俊，韩颖，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：