[发明专利]具搅拌功能的生物喷墨打印装置及打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具搅拌功能的生物喷墨打印装置及打印方法。 

背景技术

生物喷墨打印是一种新兴的多学科交叉技术。在传统的喷墨打印技术的基础上，生物喷墨打印技术使用具有生物活性的“生物墨水”——蛋白质，核酸，甚至细胞等——作为打印材料，构造具有生物学功能的器件。 

在生物喷墨打印技术中，广泛使用压电喷墨原理。在压电喷墨中，将一定的电压施加在压电元件上，利用元件的压电效应，使其产生形变，挤压喷墨头管路中的墨水，形成液滴飞出。在这个基础上，通过计算机辅助设计（CAD），设计出要打印的图形，输出到控制电路，即可打印出目标图案。此外，利用多通道的打印喷头，可以实现同时打印不同的生物材料；同时，还可以实现三维打印，构造出具有复杂几何结构，复杂组成成分的生物功能器件。 

由于生物打印技术具有想法直观，操作简单，且功能强大等特点，被广泛地应用于多种生物学研究中。特别在组织工程中，生物打印技术展示了其无与伦比的优势。组织工程是利用工程学的方法，在体外构造出人体组织，实现体外器官再生。组织工程为患有器官受损的病人提供了全新的替换疗法，不仅不再依赖于稀有的器官资源，同时也避免了严重的免疫排斥反应。传统的组织工程方法，一般是先制作生物支架材料，然后将细胞接种上去，形成最终器官。这种方法，一方面很难制作出与实际器官结构一样复杂的人工器官，同时制作的器官由于缺少血管等组织，很难在体内存活很长时间。然而，利用生物打印技术，组织工程学家可以精确地控制打印形状，精度，组成成分，可以制作出与实际器官相类似的具有复杂结构的人造器官，从而最大程度地保留细胞在活体中的特异性的组织功能，分化状态，并能重现活体器官中组织-组织相互作用界面、化学物质的空间浓度梯度和人体力学微环境。生物打印技术的出现，极大地促进了组织工程的发展，为组织工程的进一步实用化提供了可能。除此之外，生物打印技术还被广泛用于微阵列芯片的加工制造，药物高通量筛选，以及单细胞分析等应用之中。 

在生物打印过程中，需要始终保持“生物墨水”的稳定性与均一性，这样才能保证打印的质量。比如，在组织工程中，要保证生物材料如蛋白质，核酸，或者是细胞溶液的恒定，才能使打印的组织具有非常好的稳定性。对于均一相的溶液来说，这个问题并不需要太多的关注。但对于非均一相的“墨水”来说，比如细胞悬浮液，这个问题就需要特别的考虑。因为细胞的密度通常比缓冲溶液都要大，在溶液中有沉降的 趋势。一段时间后，由于细胞的沉降，悬浮液中细胞的密度下降，导致实际打印的细胞悬浮液的浓度低于理论浓度。这种偏差会导致打印质量的下降，甚至由于最后悬浮液中细胞浓度过低而无法打印。然而，目前还没有解决该问题的相关报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具搅拌功能的生物喷墨打印装置及打印方法。本发明可解决打印过程中“生物墨水”中的悬浮物易发生沉淀而造成打印质量不均一的问题。 

本发明所提供的生物喷墨打印装置，包括喷墨头和侧壁上设有通孔的储液池，所述通孔与所述喷墨头进液口相连通，所述通孔与所述喷墨头进液口之间的距离小于或等于3mm；所述储液池为圆底、顶部可与空气相通的、内底部设有磁子的腔体；在所述储液池的下方设有磁铁和固定所述磁铁的旋转电机。 

所述储液池用于盛放生物墨水，如细胞悬浮液；所述喷墨头进液口为进入压力腔室的入口；所述磁子可被所述磁铁吸引，通过所述旋转电机的旋转使所述磁铁旋转并带动磁子，实现对所述储液池中所述生物墨水的搅拌。 

在上述生物喷墨打印装置中，所述喷墨头进液口外设有通道导管，该通道导管与所述通孔直接相连。 

在上述生物喷墨打印装置中，所述通孔设于所述磁子的上方，使磁子对储液池中生物墨水的经搅拌流入喷墨头后浓度保持均一、稳定。 

在上述生物喷墨打印装置中，所述储液池的横截面直径为8mm；所述磁子为柱形体，所述柱形体的长为5mm，纵切面直径为3mm；所述储液池底与所述磁铁之间的距离为1—2cm（如1.5cm）。 

在上述生物喷墨打印装置中，所述储液池的体积为2mL，所述通孔为直径为1mm的圆形。 

在上述生物喷墨打印装置中，所述通孔的中心与所述储液池底端的距离为5mm。 

在上述生物喷墨打印装置中，所述储液池的体积和横截面直径可根据实际需要进行设定，所述磁子的大小和形状也可根据所述储液池及墨水的实际情况进行优化，所述通孔的大小可根据实际需要设置。