[發(fā)明專利]一種超聲輔助擠出式細(xì)胞打印噴頭及打印裝置

有效

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• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113352603B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王朝暉;邵明皓;李永康;鄭騰飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B29C64/20
• 分類號: B29C64/20;B29C64/209;B33Y30/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發(fā)明公開的一種超聲輔助擠出式細(xì)胞打印噴頭及打印裝置，包括信號發(fā)生器、功率放大器、運(yùn)動平臺、注射泵、打印噴頭和陶瓷壓電片；所述打印噴頭外壁與陶瓷壓電片連接，所述注射泵通過管道與打印噴頭相連接，將混合打印油墨注入噴頭中，細(xì)胞混合油墨通過注射泵擠壓到噴頭內(nèi)，噴頭外壁的陶瓷壓電片將電信號轉(zhuǎn)換成振動信號，通過調(diào)節(jié)振動頻率使噴頭與壓電陶瓷產(chǎn)生共振，在圓柱管中產(chǎn)生駐波。細(xì)胞在聲壓的驅(qū)動下聚集在噴頭管道中心處，避免了細(xì)胞在噴嘴處堵塞，提高了細(xì)胞在支架材料中的沉積精度，而且可以減少細(xì)胞損傷，同時，本發(fā)明使用的壓電換能器與錐形玻璃管組成的打印噴頭具有中心對稱性，可以省去精確對準(zhǔn)的步驟，操作簡便，可靠性更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲輔助擠出式細(xì)胞打印噴頭及打印裝置。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)(three-dimensional?printing,3DP)是基于離散-堆積原理，在計算機(jī)輔助下采用分層加工、疊加成型的技術(shù)，即通過逐層增加材料來形成3D實體。因高精度、個性化制造及復(fù)雜形狀構(gòu)建上的獨特顯著優(yōu)勢，3D打印滲入了各行各業(yè)，并引領(lǐng)創(chuàng)新，引發(fā)了全球制造業(yè)的變革。生物3D打印是3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的交叉應(yīng)用，具有重要的研究意義及應(yīng)用前景。

組織工程是涉及臨床醫(yī)學(xué)，細(xì)胞學(xué)，分子生物學(xué)，材料科學(xué)，機(jī)械工程等的跨學(xué)科主體。其目的是在體內(nèi)或體內(nèi)產(chǎn)生人工組織和器官來修復(fù)受損組織或器官的功能。3D打印技術(shù)在組織工程支架領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。生物3D打印技術(shù)能同時打印細(xì)胞和材料，相較于傳統(tǒng)細(xì)胞種植的辦法,，獲得的組織工程支架細(xì)胞分布更均勻，有利于細(xì)胞的生長及分化。擠出式細(xì)胞3D打印通過噴頭將細(xì)胞與材料的混合物按照預(yù)先設(shè)定的路徑擠出、沉積并且凝固成形，最終經(jīng)過逐層累加得到所需的組織工程培養(yǎng)支架。

但目前，擠壓式細(xì)胞打印仍然面臨著許多問題。例如，打印精度有限、細(xì)胞在材料內(nèi)無法精確定位、在材料擠出過程中細(xì)胞在噴嘴處堆積容易造成堵塞，并且材料擠出時的壓力和剪切力會對細(xì)胞造成破壞性損傷。增加噴嘴直徑是解決以上問題的方法之一，但該方法會進(jìn)一步地影響打印精度。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種超聲輔助擠出式細(xì)胞打印噴頭及打印裝置，有效減緩了噴頭堵塞問題以及打印材料擠出時的剪切力使細(xì)胞存活數(shù)量降低的問題，同時有效提高了打印精度。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種超聲輔助擠出式細(xì)胞打印噴頭，包括噴頭本體、陶瓷壓電片和信號發(fā)生器；

所述噴頭本體為中空管，其內(nèi)部用于注入細(xì)胞混合油墨，陶瓷壓電片固接在噴頭的外壁上，陶瓷壓電片與信號發(fā)生器連接，信號發(fā)生器用于對陶瓷壓電片提供正弦激勵信號，陶瓷壓電片在激勵信號的作用下產(chǎn)生縱向機(jī)械振動，使細(xì)胞混合油墨中的細(xì)胞移動至噴頭本體的軸線位置。

優(yōu)選的，所述噴頭本體包括直管以及設(shè)置在其出口端的椎形管，陶瓷壓電片固接在直管的外壁上。

優(yōu)選的，所述直管外壁的中部設(shè)置有凹槽，陶瓷壓電片配裝在矩形凹槽中。

優(yōu)選的，所述陶瓷壓電片采用超聲耦合膠水粘接在噴頭本體的外壁上。

優(yōu)選的，所述信號發(fā)生器通過功率放大器與陶瓷壓電片連接。

一種超聲輔助擠出式細(xì)胞打印裝置，包括注射器、運(yùn)動平臺和超聲輔助擠出式細(xì)胞打印噴頭；

所述注射器與打印噴頭的入口端連接，打印噴頭固定在運(yùn)動平臺的鉆夾頭上，運(yùn)動平臺用于帶動打印噴頭按照設(shè)定的軌跡移動。

優(yōu)選的，所述注射器固定在注射泵上，注射泵包括步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動器、絲桿和支架，絲桿設(shè)置在支架上，驅(qū)動器通過步進(jìn)電機(jī)與絲桿連接，注射器固定在支架上，其活塞與絲桿上的滑塊連接。

優(yōu)選的，所述運(yùn)動平臺上設(shè)置有鉆夾頭夾具，鉆夾頭設(shè)置在鉆夾頭夾具上。