[發明專利]磁場控制三維取向的生物材料3D打印機及打印方法

在審

• 申請號: 202211266293.9
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115431525A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 吳耀彬;秦茂宇;李婷
• 申請（專利權）人: 南方醫科大學
• 主分類號: B29C64/307
• 分類號: B29C64/307;B29C64/20;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

一種磁場控制三維取向的生物材料3D打印機及采用該生物打印機的纖維三維取向打印方法，其中磁場控制三維取向的生物材料3D打印機設置有主體、用于粘附添加有響應磁場變化纖維的打印材料層的固定平臺裝置、用于對打印材料層產生可360°調節磁場的磁場調節裝置、用于帶動所述固定平臺裝置升降的升降裝置和用于對打印材料層固化成型的光控裝置。本發明的磁場控制三維取向的生物材料3D打印機的磁場調節裝置能夠在固定平臺裝置的外周360°旋轉，而且至少一對磁體分別位于固化區域底面的外周相對兩側，從而能夠在固化區域底面相對兩側產生磁場且360°旋轉，從而能夠靈活調節纖維的取向方向，同時產生的磁場能均勻分布且完全覆蓋固化區域。

技術領域

本發明涉及生物打印技術領域，特別涉及一種磁場控制三維取向的生物材料3D打印機及采用該生物材料3D打印機的纖維三維取向打印方法。

背景技術

生物3D打印是利用3D打印離散/堆積成型的基本原理和方法，對生物材料(包括天然生物材料和人工合成生物材料)或細胞懸浮液進行受控打印，形成所需的具有生物活性的植入物、細胞三維結構或人工組織器官等。生物3D打印作為生命科學與現代制造科學交叉的新興技術，有利于構建組織工程中所需的各種三維仿生結構。

研究表明，細胞的取向性與其感受外界的力學刺激和結構形貌息息相關。目前主要的細胞的取向性控制是預先在細胞生長基底表面制作定向的凹槽或條紋結構，然后將細胞接種于基底，細胞就會沿著這些凹槽或條紋結構進行定向排列生長，實現細胞定向排列控制。然而這種方法只能在具有特定形貌的基底表面實現二維細胞的定向排列，無法用于生物3D打印構建任意所需的載細胞結構。

目前出現了通過在打印墨水中添加可響應磁場變化的纖維，然后控制纖維的取向并進行3D打印，得到具有多種取向的3D結構纖維產品，最后將細胞接種于這種產品，然后經取向的纖維就會誘導細胞生長方向，最終實現細胞三維取向控制。

公布號為CN106738898A的中國發明專利，公開了一種可編程定向短纖維增強復合材料3D打印方法及裝置，該裝置由主機架、供料倉、鋪料裝置、成型倉、廢料箱、數字掩膜光固化系統以及可控磁場系統組成。該裝置通過供料倉的上移、成型倉的下移及鋪料裝左右移動形成鋪料裝切片層厚度材料的鋪設，然后可控磁場系統通過一個磁場源在成型倉兩個相對側面移動及水平面內180°旋轉等運動，對打印材料產生磁場。但是該裝置對纖維只能在打印材料的一側產生磁場，造成固化區域內的磁場分布不均勻且難以完全包圍成型倉的固化區域，從而影響纖維的取向效果。

因此，針對現有技術的不足，提供一種磁場控制三維取向的生物材料3D打印機及采用該生物材料3D打印機的纖維三維取向打印方法以解決現有技術不足甚為必要。

發明內容

本發明的其中一個目的在于避免現有技術的不足之處而提供一種磁場控制三維取向的生物材料3D打印機。該磁場控制三維取向的生物材料3D打印機產生的磁場能均勻分布且完全覆蓋固化區域。

本發明的上述目的通過以下技術措施實現：

提供一種磁場控制三維取向的生物材料3D打印機，包括有主體和光控裝置，設置有用于粘附添加有響應磁場變化纖維的打印材料層的固定平臺裝置、用于對打印材料層產生磁場的磁場調節裝置和用于帶動所述固定平臺裝置升降的升降裝置，所述升降裝置固定裝配于所述主體，所述固定平臺裝置與所述升降裝置傳動裝配，所述磁場調節裝置可360°旋轉裝配于所述固定平臺裝置的外周。

在所述固定平臺裝置與所述光控裝置之間存在用于對打印材料層固化成型的固化區域，所述磁場調節裝置的至少一對磁體分別位于固化區域底面的外周相對兩側并能進行360°旋轉。

優選的，上述磁體的長度不小于所述固定平臺裝置的下底面的最大長度。

優選的，上述磁體對稱設置于所述固化區域的底面。