[發明專利]多尺度纖維增強的微流道活性管狀組織3D打印裝置及方法

有效

• 申請號: 201910270470.2
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110004058B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 賀健康;梁紅濤;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;B33Y30/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種多尺度纖維增強的微流道活性管狀組織3D打印裝置及方法，裝置包括打印裝置外殼，在打印裝置外殼內設有打印平臺，打印平臺能夠沿X?Y向運動，打印平臺上連接有接收滾筒，接收滾筒和電機連接，接收滾筒的上方設有同軸噴頭和熔融靜電打印裝置，同軸噴頭和熔融打印裝置均固定在Z軸移動平臺上，同軸噴頭的內噴頭、外噴頭分別與精密注射器連接，方法將熔融靜電打印技術、熔融擠出成型技術與細胞打印技術相結合，不但可以實現三維管狀組織力學性能的按需調節，并且在管狀組織的環壁具有微流道，可以及時地為組織中的細胞傳遞營養物質和代謝廢物，并且可以更真實的模擬體內纖維密布生存環境，有利于細胞功能表達。

技術領域

本發明涉及生物制造與生物3D打印領域，具體涉及多尺度纖維增強的微流道活性管狀組織3D打印裝置及方法。

背景技術

細胞打印是在傳統增材制造技術的原理和基礎上，以生物材料、活性細胞、生長因子等為打印材料，在體內或體外實現構造具有生物活性的三維細胞體系的先進技術，為組織再生和器官制造提供了一種新的技術手段。其中，利用細胞打印技術構建三維管狀結構用以模擬人體尿管、腸管、食管、氣管、膽管、血管等管狀組織得到了廣泛國內外學者的廣泛關注。但是現有方法構建的管狀組織還存在一些問題：(1)利用細胞打印構建的水凝膠管狀組織不能滿足人體不同部位管狀組織在力學性能上的要求；(2)單純的水凝膠管狀結構不能很好的模擬體內微納米纖維密布的真實環境；(3)三維管狀組織中營養供給輸送問題沒有得到很好的解決。

通過3D打印技術制造微納米纖維的方法同樣受到了國內外專家學者的廣泛關注。利用熔融擠出成型、熔融靜電打印等3D打印方法，將具有一定粘度的聚合物擠出成型，并通過層層沉積最終實現三維結構的構建。可用于構建微納米纖維的材料有很多，從絕緣聚合物到導電聚合物，從非生物材料材料到生物可降解材料，因此該方法在微納米器件、微納傳感器、組織工程等領域有著廣泛的應用前景。

發明內容

為了克服細胞打印構建管狀組織的缺點，本發明目的在于提供一種多尺度纖維增強的微流道活性管狀組織3D打印裝置及方法，不但可以實現三維管狀組織力學性能的按需調節，并且在管狀組織的環壁具有微流道，可以及時地為組織中的細胞傳遞營養物質和代謝廢物，并且利用3D打印方法制造的微納米纖維可以更真實的模擬體內纖維密布生存環境，有利于細胞功能表達，為人工體外構建組織器官提供了一種新的制造方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

多尺度纖維增強的微流道活性管狀組織3D打印裝置，包括超凈實驗臺1，超凈實驗臺1內部放置打印裝置外殼2，在打印裝置外殼2內設有打印平臺19，打印平臺19能夠沿X-Y兩個方向運動，打印平臺19上通過軸承座11連接有接收滾筒14，接收滾筒14的端頭和電機10的輸出軸連接，接收滾筒14的上方設有同軸噴頭13和熔融靜電打印裝置15，同軸噴頭13和熔融打印裝置15均固定在Z軸移動平臺18上，同軸噴頭13的內噴頭與第二精密注射器12連接，外噴頭與第一精密注射器9連接，熔融打印裝置15與加熱裝置16連接，且熔融打印裝置15的針頭與高壓直流電源20的正極連接，打印裝置外殼2上安裝有溫度控制器3、光照系統5、濕度控制系統6、空氣凈化裝置7、滅菌紫外燈8和攝像監控裝置17；打印平臺19、Z軸移動平臺18、加熱裝置16、電機10、溫度控制器3、光照系統5、濕度控制系統6、空氣凈化裝置7、滅菌紫外燈8和攝像監控裝置17均與主機21連接。

所述的高壓直流電源20可調節電壓幅值0-20kV。

所述的主機21根據需要實現溫度、濕度、光照強度的調節，按照預定編程，實現對打印平臺19、Z軸移動平臺18運動路徑的控制，通過層層疊加實現三維結構的打印。