[發明專利]一種用于水下生物打印的微操作機械臂

有效

• 申請號: 202010383457.0
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111376279B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 李興富
• 申請（專利權）人: 重慶工商大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/00;B25J15/00;C12M1/00;B63C11/52
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

本發明公開了一種用于水下生物打印的微操作機械臂，包括生物打印頭、旋轉微操作機械臂和伸縮機械臂；生物打印頭由微操作機械手和固定在其上的微流控芯片構成；旋轉微操作機械臂由俯仰微操作機械臂、偏轉微操作機械臂和轉接機械臂構成并依次連接呈“Z”字型；伸縮機械臂由伸縮微操作機械臂、連接機械臂和基座構成，連接機械臂的一端與基座固定，伸縮微操作機械臂的一端通過連接機械臂上開設的滑槽與連接機械臂連接以改變兩者連接后的長度；偏轉微操作機械臂可相對伸縮微操作機械臂左右偏轉；微操作機械手可相對俯仰微操作機械臂轉動以改變俯仰角度。本發明能夠精準有序地在液體環境下打印細胞微載體。

技術領域

本發明涉及與組織工程相關的機器人微操作，更進一步涉及一種用于水下生物打印的微操作機械臂，屬于生物材料組裝打印技術領域。

背景技術

組織工程利用機器人技術通過細胞的三維組裝開發具有人體器官功能的多孔支架，為器官修復和再生提供了一種新途徑。由于人體組織是由多種細胞組成的空間有序結構，如何在原位環境下通過機器人實現不同細胞的精確微操作是目前細胞三維組裝技術發展面臨的難題。

為了減少對細胞的機械損傷，同時提高細胞三維組裝效率，通常采用細胞微載體對細胞進行包裹來提高存活率，從而為細胞提供基本的生命活動場所。微流控技術為細胞的封裝提供了安全有效的方法。但是由于細胞微載體的加工精度要求很高，通常在數微米，所以需要借助顯微鏡操作，但是在顯微鏡下通過微流控芯片加工細胞微載體的過程中又存在遮擋視野和擾動環境的問題。

3D打印已經是一項比較成熟的技術，目前的3D打印往往在空氣環境下進行。雖然利用機器人在空氣中進行三維打印具有一定的控制精度，但是在液體環境按照常規方法打印會受到流體擾動的影響難以精準控制細胞微載體的空間位置。為了模擬原位環境需要在液體環境下進行細胞微載體的三維打印，但在液體環境下改變打印方向和速度都可能導致細胞微載體在噴射過程中出現斷裂和擠壓變形等問題。其次，在顯微鏡下進行細胞微載體的三維組裝，又存在微操作空間范圍小等問題。

因此，液體環境下利用常規的三維打印方法進行細胞微載體的三維組裝存在細胞存活率低和組裝效率低的問題，需要解決流體擾動大、定位難等難題，同時還會引起細胞微載體的漂移，造成難以精準有序布置細胞微載體，不利于構建穩定結構的人工組織支架，從而難以模擬真實的組織或器官結構中的特定細胞的三維空間分布。

因此對于本領域的技術人員來說，如何精準有序地在液體環境中利用微操作機器人系統組裝細胞微載體，是目前需要解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術在液體環境下進行細胞微載體組裝存在的定位難、精度差、效率低等不足，本發明的目的在于提供一種用于水下生物打印的微操作機械臂，能夠精準有序地在液體環境下打印細胞微載體。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種用于水下生物打印的微操作機械臂，包括生物打印頭、旋轉微操作機械臂和伸縮機械臂；生物打印頭由微操作機械手和固定安裝在微操作機械手上的微流控芯片構成；旋轉微操作機械臂由俯仰微操作機械臂、偏轉微操作機械臂和轉接機械臂構成，轉接機械臂的兩端分別與俯仰微操作機械臂和偏轉微操作機械臂的一端連接以使三者連接后呈“Z”字型；伸縮機械臂由伸縮微操作機械臂、連接機械臂和基座構成，基座固定在微操作機器人的前端，連接機械臂的一端與基座固定，連接機械臂中心設有沿軸線的滑槽，且滑槽一端貫穿連接機械臂遠離基座的另一端；伸縮微操作機械臂的一端可滑動地插入滑槽內并通過鎖定機構在滑動到位時將伸縮微操作機械臂鎖定在連接機械臂上；偏轉微操作機械臂另一端通過豎直設置的轉軸與伸縮微操作機械臂位于滑槽外的另一端可轉動連接，以使偏轉微操作機械臂可相對伸縮微操作機械臂左右偏轉；微操作機械手一端通過水平設置的轉軸與俯仰微操作機械臂的另一端可轉動連接，以使微操作機械手可相對俯仰微操作機械臂轉動以改變俯仰角度。