一种溶液浴近场细胞3D打印成型装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种溶液浴近场细胞3D打印成型装置。装置包括近场模块、挤出

【技术实现步骤摘要】
一种溶液浴近场细胞3D打印成型装置


[0001]本技术属于细胞3D打印
，特别涉及一种溶液浴近场细胞3D打印成型装置。

技术介绍

[0002]人体中由多种组织构成的能行使一定或特定功能的结构单位叫做器官。疾病、先天畸形和交通事故等原因造成了大量的组织器官缺损，这也使社会对组织器官修复有了巨大需求。按照修复体来源不同可将组织器官修复分为生物修复体和人造修复体。生物修复体可分为三种，分别为同种同体修复体、同种异体修复体和异种异体修复体。同种同体修复体从患者自体获得移植供体，其最大优点是可以避免免疫排斥，但它需要从健康部位切去移植物，其来源有限，同时也会造成二次伤害。同种异体修复体是供受者属于同一物种，往往来源于捐赠者，但它面临着一定的免疫排斥风险，且来源有限。异种异体修复体的供者和受者不属于同一物种，其来源广，但是其免疫排斥的风险更大。由于上述修复方法无法满足需求，故人造修复体孕育而生。但人工替代材料不具备生物学特性，很难达到真正的临床治疗要求。而近20年来出现的组织工程学理论和技术，则在组织器官的修复重建，以及提供有生物活性的移植物方面展现出了新的曙光。
[0003]组织工程是指运用生命科学与工程科学的原理和方法，研究或开发人体器官组织替代物，用于替代器官或者组织的部分或者全部功能。其涉及到临床医学、生物材料学、细胞生物学、分子生物学、生物工程等一系列学科的交叉融合，可分为细胞型和非细胞型两类。近年来，组织工程取得了令人瞩目的巨大成就，作为医学科学发展的前沿，其重大科学意义、诱人的临床应用已经取得一些重要进展。另外，生物再造术的发展为组织工程学注入了新鲜血液，以细胞打印术为代表的新技术的发展，使得在体外构建活的组织和器官的设想成为可能。
[0004]在3D细胞打印技术中，生物材料、生物化学制品和活细胞以及功能部件被逐层精确定位，并在空间中放置，被用于制造3D结构。3D细胞打印主要分为喷墨式、微挤压式和激光辅助打印。喷墨打印是非生物和生物应用最常用的打印类型，它是通过控制液体输送到预定位置来成型。喷墨打印具有打印速度快、成本低、适用范围广等优点。然而，细胞和材料暴露于热应力和机械应力的风险、低液滴方向性、不均匀的液滴大小、喷嘴频繁堵塞以及不可靠的细胞封装给喷墨打印在3D生物印刷中的应用带来了相当大的缺点。微挤压生物打印通常是由温度控制的材料搬运和分配系统、以及工作台组成，其打印墨水包括诸如水凝胶、生物相容性共聚物和细胞球体等；其主要优点是能够沉积非常高的细胞密度，在组织工程器官中实现生理细胞密度是生物印刷领域的主要目标。但是，由于其在粘性流体中对细胞施加的剪切应力，细胞存活率较低(在40～86％之间)。激光辅助生物打印是基于激光诱导正向转移的原理。激光诱导正向转移技术最初用于转移金属，现已成功地应用于转移生物材料，如肽、DNA和细胞。因为激光辅助生物打印是无喷嘴的，所以避免了细胞或材料堵塞的问题。激光辅助生物打印拥有粘度兼容性好、打印速度快、细胞沉积密度高等优点。然而，其
价格昂贵且不适用于同时打印多种材料。
[0005]高压静电纺丝技术是利用高压静电场对高分子溶液的击穿作用来制备纳微米纤维材料的方法，其可以容易地制备出微、纳米尺度的一维纤维，其被广泛应用于制备各种纳米纤维。然而，静电纺丝往往无法精确控制墨水的空间位点，这限制了其成型立体的产品。

技术实现思路

[0006]为改善目前细胞3D打印技术仍存在着精度不高、细胞存活率低等种种问题，本技术提供一种溶液浴近场细胞3D打印成型装置及其成型方法。
[0007]本技术提供如下技术方案：
[0008]一种溶液浴近场细胞3D打印成型装置，包括近场模块、挤出
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控制模块和溶液浴收集模块；
[0009]所述挤出
‑
控制模块设置于溶液浴收集模块的上方；
[0010]所述近场模块设置于挤出
‑
控制模块与溶液浴收集模块之间，所述近场模块与所述挤出
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控制模块和所述溶液浴收集模块分别连接；
[0011]所述溶液浴收集模块包括绝缘容器、容纳在所述绝缘容器内的电解质溶液、以及浸没于所述电解质溶液中的沉积平台。
[0012]根据本技术的实施方案，所述挤出
‑
控制模块包括打印喷头和气动挤出控制模块，所述打印喷头与所述气动挤出控制模块的底端连接。
[0013]根据本技术的实施方案，打印喷头的数量可以至少为1个，例如，可以设置2个、3个、4个或更多个打印喷头；任选地，当设置多个打印喷头时，可以选用同轴打印喷头或非同轴打印喷头。比如，还可以任选地在一个打印喷头或多个打印喷头上设置温度调节模块，温度调节模块的设置可实现
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10～260℃的调节，通过温度的调节，满足不同细胞墨水的打印。又如，所述挤出
‑
控制模块可以任选地设置一个或多个同轴打印喷头，所述同轴打印喷头的内通道与外通道可以打印不同的细胞墨水。
[0014]根据本技术的实施方案，所述打印喷头的直径可以为0.3mm
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1mm，例如，直径为0.4mm、0.6mm或0.8mm。进一步地，对于同轴打印喷头，其内径可以为0.15mm
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1.5mm，其外径可以为0.3mm
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2mm，例如内径为0.51mm、外径为0.82mm。例如，所述打印喷头的材质可以选用生物相容性的导电金属材料，例如为医用不锈钢金属。
[0015]根据本技术的实施方案，所述气动挤出控制模块包括气体入口和细胞墨水容纳腔。其中，通过调节通入气体入口的气压，挤出细胞墨水并可控制细胞墨水的流量以及断停。其中，所述细胞墨水选用低粘度的细胞墨水，例如细胞墨水可以使用海藻酸钠、丝素蛋白、胶原蛋白等中的至少一种，例如为海藻酸钠。
[0016]根据本技术的实施方案，所述气动挤出控制模块的材质可以选自生物惰性绝缘材料，如生物相容PP(聚丙烯)材质等。
[0017]根据本技术的实施方案，所述挤出
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控制模块的打印喷头与所述电解质溶液与空气接触的液面之间的距离为0.5
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40mm，例如为1～15mm，3～10mm，5～8mm。
[0018]根据本技术的实施方案，所述近场模块设置在靠近所述打印喷头的一侧。所述近场模块可以为高压近场模块或者低压近场模块，优选为低压近场模块；进一步地，所述低压近场模块的电压可以为0.1～10kV，例如0.5～8kV、1～7kV、3～5kV。
[0019]根据本技术的实施方案，所述近场模块包括正极和负极，所述正极与所述打印喷头电连接，所述负极伸入所述绝缘容器内的电解质溶液中。
[0020]根据本技术的实施方案，所述绝缘容器的形状不做特别限定，可以为规则形状或不规则形状，优选为规则形状，例如为方形或圆筒形。
[0021]根据本技术的实施方案，所述沉积平台可以为升降沉积平台，优选地为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述装置包括近场模块、挤出
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控制模块和溶液浴收集模块；所述挤出
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控制模块设置于溶液浴收集模块的上方；所述近场模块设置于挤出
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控制模块与溶液浴收集模块之间，所述近场模块与所述挤出
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控制模块和所述溶液浴收集模块分别连接；所述溶液浴收集模块包括绝缘容器、容纳在所述绝缘容器内的电解质溶液、以及浸没于所述电解质溶液中的沉积平台。2.根据权利要求1所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述挤出
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控制模块包括打印喷头和气动挤出控制模块，所述打印喷头与所述气动挤出控制模块的底端连接。3.根据权利要求2所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述打印喷头的数量至少为1个；任选地，当设置多个打印喷头时，选用同轴打印喷头或非同轴打印喷头；任选地，在一个打印喷头或多个打印喷头上设置温度调节模块，温度调节模块的设置可实现
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10～260℃的调节。4.根据权利要求3所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述挤出
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控制模块任选地设置一个或多个同轴打印喷头，所述同轴打印喷头的内通道与外通道打印不同的细胞墨水。5.根据权利要求2
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4任一项所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述打印喷头的直径为0.3mm
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1mm。6.根据权利要求3或4所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述同轴打印喷头的内径为0.15mm
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1.5mm，外径为0.3mm
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2mm。7.根据权利要求2
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4任一项所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于优选地，所述打印喷头的材质选用生物相容性的导电金属材料。8.根据权利要求2或3所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述气动挤出控制模块包括气体入口和细胞墨水容纳腔。9.根据权利要求8所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述气动挤出控制模块的材质选自生物惰性绝缘材料。10.根据权利要求9所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述生物惰性绝缘材料为生物相容PP材质。11.根据权利要求2
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4任一项所述的溶液浴近场细胞3D打印成型装置，其特征在于，所述挤出
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控制模块的打印喷头与所述电解质溶液与空气接触的液面之间的距离为0.5
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40...

【专利技术属性】
技术研发人员：林锦新，许泽亚，赵超前，陈燕，黄婷婷，卢衍锦，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：新型
国别省市：