[發明專利]一種三維生物結構打印裝置及方法

有效

• 申請號: 201310339824.7
• 申請日: 2013-08-06
• 公開（公告）號: CN103462725A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 傅建中;邵惠鋒;賀永;高慶
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61F2/02
• 分類號: A61F2/02;A61F2/06
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及生物醫學工程和組織工程技術領域，尤其是涉及一種三維生物結構打印裝置及方法。

背景技術

隨著社會的發展，各種交通事故、自然災害造成人體器官的損傷或先天性的器官損傷導致許多人的生命遇到了威脅，傳統的修復方法是自體組織移植術，這種方法雖然可以獲得滿意效果，但它犧牲了自體健康組織，因此很多人都在醫院排隊等候供體器官，但由于供體器官來源極為有限，需要器官的人數遠遠超出了供體器官數，很多病人還沒有等到供體器官，就已經去世了。

因此，用于器官移植的供體器官極度緊缺成為了世界各國醫學界面臨的重大難題。研究人員提出了許多方案來解決供體器官緊缺的問題，但都沒有取得預期效果，直到二十世紀八十年代科學家首次提出組織工程技術，它的本質是將活的細胞通過某種方式與基質材料或支架結合起來制造新的組織，組織工程和再生醫學有望徹底解決供體器官緊缺這一難題，修復或替代損傷的器官。

近年來，三維打印技術在制備組織工程用的生物材料支架方面得到了快速發展和應用，它是一項基于微滴噴射的快速成型技術，它首先借助計算機輔助設計技術制備所要打印物體的電子文檔模型，然后依據“逐層打印，層層疊加”的原理來打印具有特殊外形或復雜內部結構的物體。其成型過程不受任何幾何形狀的限制，打印速度可以隨意控制，不同的材料可以通過不同的噴頭打印，打印的物質可以是溶液、懸浮液或乳液，因此，三維打印可以很容易的控制材料組成、微觀結構和表面特性。當打印的物質是生物墨水時，其就成為了生物打印技術。它將生物墨水按需噴射到接受體形成三維有功能的組織或器官，生物墨水設計為特制的細胞溶液或有生物活性的營養因子溶液。該技術操作方便，加工過程靈活。

隨著該技術的研究不斷深入，研究表明生物打印技術適用于打印細胞、生物支架材料和細胞活性因子，而且能夠實現同步打印細胞和生物支架材料，其在器官打印中的應用也日益受到關注。

發明內容

本發明提供了一種三維生物結構打印裝置，通過空氣壓縮機，讓貯液罐中的生物墨水進入噴頭，噴頭在驅動器的作用下，將生物墨水以一滴一滴的按需方式噴射到位于噴頭正下方的工作溶液中，通過噴頭的平面運動和打印工作面的上下運動，實現三維生物結構的打印。

為解決上述技術問題，本發明提供的技術方案如下：

一種三維生物結構打印裝置，包括：

用于打印生成三維生物結構的執行單元，包括：噴射生物墨水的噴頭、支撐三維生物結構的工作面板、與噴頭相連的供液系統、以及對噴頭或工作面板位置進行三維方向調整以滿足三維生物結構打印要求的調整機構；

控制單元，用于采集三維生物結構的三維信息，利用三維信息構建三維模型，對三維模型進行分層處理，形成每一層的代碼信息，根據每一層的代碼信息控制執行單元進行逐層打印；

所述供液系統包括：用于提供壓縮空氣的空氣壓縮機；與空氣壓縮機出氣口連通的氣容；儲液罐，該儲液罐出液口與所述噴頭的進液口連通，該儲液罐進液口與所述氣容的出氣口連通；所述儲液罐與氣容之間的管路上設有減壓閥；

所述減壓閥的開度大小可調，保證所述噴頭噴嘴處液滴不滴落；所述儲液罐的高度可調，保證所述噴頭噴嘴處液面最低端與所述噴頭噴嘴持平。

利用上述三維生物結構打印裝置時，控制單元根據采集的三維生物結構的三維信息，得到每一層的代碼信息，更具每一層的代碼信息控制執行單元進行打印操作。在打印工作開始前，為提高打印精度，需要對噴頭噴嘴處液面最低端的高度進行調整，以便于實現噴頭處液滴的噴射。調整時，首先通過調整減壓閥的開度大小，將噴頭噴嘴處液面調整到不下滴為止，停止調整減壓閥，實現對噴頭噴嘴處液面最低端高度的粗調；然后利用調整儲液罐的高度，調整儲液罐內生物墨水液面與噴頭端部的高度差，使得噴頭噴嘴處液面底面與噴頭底端端部平齊，保證生物墨水按需噴射墨滴。后續打印過程中，不再需要進行上述調整。采用本發明的上述供液系統時，調整方便，利用減壓閥的粗調作業和儲液罐高度的細調作業，使得調整結果更為精確，保證了后續打印的質量。

下面為對上述技術方案的幾種優選方案：