[发明专利]一种细胞打印的自适应喷墨驱动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于组织工程领域，具体是一种使用微压电喷头控制的细胞打印的自适应喷墨驱动控制方法，用于实现高粘度生物制剂的喷射并解决堵头现象。

背景技术

细胞打印作为代替传统的生物可降解的固体支架法的一项新技术，它在组织工程中具有巨大发展潜能。它运用发育生物学中细胞能自行组装的原理，就像胚胎组织形成功能性结构一样，通过逐层打印细胞可以形成三维组织结构。与基于三维多孔支架的细胞成形相比，细胞打印方式是在计算机辅助下，而不仅仅是靠细胞之间的黏连、增殖与分化成形的。Saunders Rachel E，Gough Julie E在《Biomaterials》，2008年1月第2期发表的论文“Delivery of Human Fibroblast Cells by Piezoelectric Drop-On-Demand Inkjet Printing”的研究表明：细胞打印不但可行，而且是人工器官制备最有前景的途径之一。

目前，细胞打印主要有二种方式，其一是激光直写方式，其二是类似喷墨打印的细胞喷射方式。

激光直写细胞打印技术研究已经取得了一些进展。基板是由涂满金属氧化层和细胞悬液的光学透明石英盘组成的。金属氧化层吸收激光能量后，会将定量的细胞悬液蒸发并将其射到接收基板上。这种技术的优点在于无需喷头，因此避免了喷口堵塞问题，便于打印出高粘度的生物制剂，然而，局部的加热会引起高温和高喷射速度，一般在50m/s到100m/s之间。高温高压会对细胞造成伤害，Yafu Lin，Yong Huang，Gaoyan Wang et al在《Journal of Applied Physics》，2009年第106期发表的论文“Effect of Laser Fluence on Yeast Cell Viability in Laser-assisted Cell Transfer”的研究表明：即使对于耐受力较强的酵母细胞，仍有约10％到55％的细胞在打印后失去活性。另外，细胞基板需要提前准备，不适合多细胞的打印。

另一个用于细胞打印的常用技术是按需喷墨打印技术，包括热泡和压电式两大类。Xiaofeng Cui，Thomas Boland在《Biomaterials》，2009年第30期发表的论文“Human Microvasculature Fabrication Using Thermal Inkjet Printing Technology.Biomaterials”中使用惠普热泡式打印机同时打印了人类微脉管内皮细胞和纤维蛋白，打印出了纤维蛋白基板和微血管系统。Yamazoe Hironori，Tanabe Toshizu在《Journal of Biomedical Materials Research》，2009年12月第4期发表的论文“Cell Micropatterning on An Albumin-based Substrate Using An Inkjet Printing Technique”介绍了使用喷墨打印机打印聚乙烯亚胺形成了有图案和字体的清蛋白基板。Saunders Rachel E，Gough Julie E在《Biomaterials》，2008年1月第2期发表的论文“Delivery of Human Fibroblast Cells by Piezoelectric Drop-On-Demand Inkjet Printing”也成功的打印了人类纤维细胞。Jae Dong Kim，Ji Suk Choi在《Polymer》，2010年5月4日第10期发表的论文“Piezoelectric inkjet printing of polymers：Stem cell patterning on polymer substrates”使用压电喷墨打印机打印人类衍生脂肪干细胞形成了聚苯乙烯基板。由于它们喷射速度较低(大概为5～8m/s)和细胞受到压力小，所以细胞存活率很高，尤其是压电喷墨技术，不会加热细胞悬液，是一种极具潜力的细胞打印方式。目前细胞打印多是将培养好的细胞装载在干净的墨盒中使用商用喷头喷射，由于此类喷头是为喷射墨水设计的，在喷射具有不同物性参数的生物制剂时存在两个主要问题，其一是难以喷出高粘度、高密度的液体，其二是喷射不畅易导致喷孔堵塞，从而严重阻碍了细胞打印的工程实现。

发明内容

本发明的目的在于避免上述现有技术的不足，提供一种细胞打印的自适应喷墨驱动控制方法，以便捷地实现具有不同物理特性生物制剂的喷射，并消除堵塞喷孔现象。