[發(fā)明專利]一種三維細(xì)胞打印裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410023914.X
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103750918A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉長勇;彌勝利;劉多靜;孫偉;蘇鑫;徐圓圓;張婷
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: A61F2/02
• 分類號: A61F2/02
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 余敏

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及組織工程中三維細(xì)胞打印技術(shù)，特別是涉及一種采用制冷交聯(lián)成形的細(xì)胞打印裝置。

【背景技術(shù)】

生物三維打印技術(shù)是利用三維打印的原理和方法將生物材料（包括天然生物材料和合成生物材料）或細(xì)胞溶液打印成為設(shè)計(jì)的三維結(jié)構(gòu)體，其中細(xì)胞溶液作為打印材料的技術(shù)又稱為細(xì)胞三維打印技術(shù)。目前實(shí)現(xiàn)細(xì)胞打印的技術(shù)包括：基于噴墨打印的細(xì)胞打印、基于激光技術(shù)的細(xì)胞打印以及基于三維打印（快速成形）的細(xì)胞打印。前兩種技術(shù)難于打印三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)，限制了其在構(gòu)建大尺寸三維仿生結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用。而第三種技術(shù)，基于三維打印的細(xì)胞打印技術(shù)則最適合于構(gòu)建復(fù)雜的三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

目前，三維細(xì)胞打印裝置較常見的即為Envision?Tec公司開發(fā)的Bio-plotter三維細(xì)胞打印裝置。打印裝置包括打印噴頭和成形平臺，打印噴頭用氣動的方法將生物材料，即溶膠態(tài)的細(xì)胞溶液，噴射至成形平臺上的交聯(lián)劑溶液中，利用化學(xué)交聯(lián)的方式使溶膠態(tài)的細(xì)胞溶液凝膠轉(zhuǎn)變成凝膠態(tài)，最終成形。這種成形方式的缺點(diǎn)在于：引入了交聯(lián)劑，固化后的材料單元表面存在交聯(lián)劑，導(dǎo)致被制造的三維結(jié)構(gòu)層與層之間連接不可靠，難于成形高度較高的多層細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)。也有提出利用明膠的溫敏特性代替上述利用交聯(lián)劑化學(xué)交聯(lián)的成形方式，通過控制溫度的變化使得明膠基的細(xì)胞溶液在打印后實(shí)現(xiàn)溶膠到凝膠的轉(zhuǎn)變，以輔助成形。但相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常是將細(xì)胞材料噴射至低溫的成形環(huán)境，即一個封閉的低溫冰箱內(nèi)，這種冰箱一般采用蒸汽壓縮制冷機(jī)組，導(dǎo)致成形室的體積較大，整個裝置體積較大，成本較高。且該裝置中打印的細(xì)胞容易受到污染，細(xì)胞存活率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種三維細(xì)胞打印裝置，體積較小，成本較低，且打印成形高度較高的多層細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)時的效果也較好，也有助于提高打印的細(xì)胞的存活率。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：

一種三維細(xì)胞打印裝置，包括打印噴頭和成形平臺，所述打印噴頭用于將溶膠態(tài)的細(xì)胞溶液從噴嘴噴出打印至所述成形平臺上；還包括第一風(fēng)冷單元、第二風(fēng)冷單元和制冷單元，所述第一風(fēng)冷單元和所述第二風(fēng)冷單元分別設(shè)置在所述打印噴頭的兩側(cè)，所述第一風(fēng)冷單元和所述第二風(fēng)冷單元用于將冷氣定向?qū)蛑了龀尚纹脚_上對應(yīng)所述噴嘴噴出的區(qū)域的頂部；所述制冷單元設(shè)置在所述成形平臺的底部，用于對所述成形平臺上對應(yīng)所述噴嘴噴出的區(qū)域的底部進(jìn)行制冷；所述細(xì)胞溶液為溫敏型細(xì)胞溶液；所述第一風(fēng)冷單元、第二風(fēng)冷單元和制冷單元用于對所述成形平臺上對應(yīng)所述噴嘴噴出的區(qū)域進(jìn)行制冷，使所述溫敏型細(xì)胞溶液噴出后處于被制冷的環(huán)境中，從而從溶膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)。

一種三維細(xì)胞打印裝置，包括打印噴頭和成形平臺，所述打印噴頭用于將溶膠態(tài)的細(xì)胞溶液從噴嘴噴出打印至所述成形平臺上；還包括第一冷源單元、第二冷源單元和制冷單元，所述第一冷源單元和所述第二冷源單元分別設(shè)置在所述打印噴頭的噴嘴的兩側(cè)上，所述第一冷源單元和所述第二冷源單元用于直接對噴嘴區(qū)域提供冷氣；所述制冷單元設(shè)置在所述成形平臺的底部，用于對所述成形平臺上對應(yīng)所述噴嘴噴出的區(qū)域的底部進(jìn)行制冷；所述細(xì)胞溶液為溫敏型細(xì)胞溶液；第一冷源單元、第二冷源單元和制冷單元用于對所述溫敏型細(xì)胞溶液在噴出前進(jìn)行制冷，且噴出后仍然處于被制冷的環(huán)境中，從而從溶膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：

本發(fā)明的三維細(xì)胞打印裝置，包括兩個風(fēng)冷單元和制冷單元，或者兩個冷源單元和制冷單元；細(xì)胞溶液為溫敏型細(xì)胞溶液；由風(fēng)冷單元和制冷單元形成覆蓋打印出的細(xì)胞溶液的局部制冷成形區(qū)域，或者由冷源單元和制冷單元使得細(xì)胞溶液在打印噴出前至打印噴出后一直保持被制冷的環(huán)境中，從而使溫敏型細(xì)胞溶液從溶膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)，實(shí)現(xiàn)成形打印。本發(fā)明的裝置，（1）無需以往應(yīng)用的封閉低溫成形室，也省去了相應(yīng)的復(fù)雜的蒸汽壓縮制冷機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)裝置體積的大幅減小，成本大幅降低。（2）由于配合各組件圍繞噴出的細(xì)胞溶液形成針對性的局部制冷環(huán)境，則不論需要打印的生物三維結(jié)構(gòu)的高度層數(shù)如何，打印過程中稍后噴出的處于高層的細(xì)胞溶液也是處于制冷環(huán)境中，高層的細(xì)胞溶液打印出后也能較好地成形，可較好地打印多層細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)。（3）本發(fā)明的裝置體積大幅減小，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備桌面化。桌面化的細(xì)胞打印裝置可以放置于一個超凈工作室內(nèi)使用，從而有效防止周圍環(huán)境對打印的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的污染，有助于提高細(xì)胞存活率。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式一的三維細(xì)胞打印裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；