[發明專利]一種細胞精準定位的生物打印系統及方法

在審

• 申請號: 202110550010.2
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113172876A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 周清會;劉海貝
• 申請（專利權）人: 上海曼恒數字技術股份有限公司
• 主分類號: B29C64/106
• 分類號: B29C64/106;B29C64/386;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y50/00;B33Y50/02;C12M3/00
• 代理公司: 上海港慧專利代理事務所(普通合伙) 31402
• 代理人: 卞小婷

本申請涉及一種細胞精準定位的生物打印系統及方法，涉及三維打印技術領域。所述系統包括：三維運動模塊，所述三維運動模塊用于實現打印頭的精準運動；打印模塊，所述打印模塊包括打印頭，所述打印頭包括打印噴口，所述打印模塊用于構建生物支架和/或噴射細胞；信息采集模塊，所述信息采集模塊包括攝像頭，用于實時定位生物支架的物理位置和/或細胞位置；軟件模塊，所述軟件模塊用于實現所述打印頭的運動控制。本申請的細胞精準定位的生物打印系統及方法，通過將單個細胞或單排的細胞序列精準的打印到目標生物支架上，實現細胞的精準定位，為后續細胞的有序生長、增殖和信號傳導提供必要的基礎。

技術領域

本申請涉及三維打印技術領域，尤其涉及細胞精準定位的生物打印系統及方法。

背景技術

生物打印系統是一款基于常規三維打印技術的升級，主要是可以實現生物材料或生物細胞的打印成型，最終實現人體醫學或組織工程應用。常規的生物打印，主要由三維運動模塊和多功能打印頭組成，三維運動模塊主要用于驅動打印頭高精度三維運動，打印頭內使用氣壓或螺桿等驅動力將打印漿料(生物材料)擠出拉絲，再通過軟件控制拉絲的路徑，實現材料二維的排列和三維的堆積，最終實現生物材料的高精度堆積成型。傳統的生物打印，僅僅是生物材料的三維成型，并不包含生物細胞的構建成型。在臨床應用過程中，由于生物打印支架僅僅提供力學支撐性能，細胞只能靠生物自身的細胞逐步侵蝕生長進入生物支架，組織修復速度慢，且細胞生物無序而低效，因此生物打印的應用場景非常受限。隨著科學技術的不斷發展，實現細胞打印將成為必然的趨勢。

由于一般細胞的尺寸在40μm左右，而傳統生物打印的精度多在200-400μm之間，且打印過程中涉及到細胞與生物水凝膠的混合擠出打印，因此實際打印后無法實現細胞的緊密排列。然而，細胞在生長增殖和功能分化的過程中，會涉及到細胞間的信號傳導和生長聯系，方能促進細胞生長分化為組織或器官。當前的細胞打印模式，是無法實現細胞緊密有序排列的，最終造成細胞僅僅能夠就近生長成為多個相互獨立的細胞簇，無法連接為組織，并實現功能化。

因此，期望提供一種細胞精準定位的生物打印系統及方法，通過將單個細胞或單排的細胞序列精準的打印到目標生物支架上，實現細胞的精準定位，為后續細胞的有序生長、增殖和信號傳導提供必要的基礎，從而更好的促進細胞生長分化并實現功能化。

發明內容

根據本申請的一些實施例的第一方面，提供了一種細胞精準定位的生物打印方法，所述方法包括：獲取三維模型并切片；生成指令并輸入至三維運動模塊；利用層層組裝的方式構建三維生物支架；采集三維生物支架的位置信息，并反饋預定位置；精準打印細胞至所述三維生物支架的預定位置。

在一些實施例中，通過軟件模塊導入所述三維模型并切片，所述生成指令并輸入至三維運動模塊包括：通過XYZ三軸機械臂的相對運動，控制打印頭相對于樣品臺的三維運動。

在一些實施例中，擠出式打印頭內部裝載生物材料，所述利用層層組裝的方式構建三維生物支架包括：擠出式打印頭根據所述指令，隨所述機械臂執行三維運動，通過氣壓擠出或螺桿擠出的方式將生物材料拉絲擠出；利用層層組裝的方式構建三維生物支架。

在一些實施例中，所述采集三維生物支架的位置信息，并反饋預定位置包括：在所述三維生物支架的每一層打印完成后，通過正置式攝像頭獲取三維生物支架的位置信息，精準定位每一層支架的物理位置；轉化所述物理位置為相對于樣品臺原點的相對位置；輸入所述相對位置至軟件模塊，并反饋預定位置。

在一些實施例中，根據細胞精準布局的需求，所述構建三維生物支架包括在每一層或多層打印過程中執行打印暫停。

在一些實施例中，熱泡式打印頭的打印墨水包括細胞懸液，所述精準打印細胞至所述三維生物支架的預定位置包括：根據所述三維生物支架的相對位置，精準定位所述熱泡式打印頭于三維生物支架上方；利用熱泡破裂瞬間將細胞噴出，精準打印到三維生物支架的預定位置。