[发明专利]一种多微滴精准喷射的细胞3D打印装置及方法

权利要求书

1.一种多微滴精准喷射的细胞3D打印方法，其特征在于，基于多微滴精准喷射的细胞3D打印装置，所述多微滴精准喷射的细胞3D打印装置包括机架、喷头模块(3)、供液模块、基板、计算机(1)、运动控制器、喷头控制器(2)、以及用于带动喷头模块(3)三维运动的三轴运动模块，喷头模块(3)包括若干喷嘴(6)，供液模块的出液口与喷头模块(3)的入液口相连通，基板位于各喷嘴(6)的正下方，计算机(1)的输出端经喷头控制器(2)与各喷嘴(6)的控制端，机架上固定有用于检测喷头模块(3)的位置信息的光栅尺，光栅尺的输出端与计算机(1)的输入端相连接，三轴运动模块固定于机架上，喷头模块(3)固定于三轴运动模块上，运动控制器的输出端与三轴运动模块的控制端相连接；

包括以下步骤：

1)获取待打印生物软组织的三维模型，再将所述待打印生物软组织的三维模型输入到计算机(1)中，计算机(1)对所述待打印生物软组织的三维模型进行分层处理，得若干层二维截面数据，然后将所述二维截面数据发送至喷头控制器(2)中，喷头控制器(2)根据二维截面数据的精度要求控制各喷嘴(6)的驱动电压；

2)供液模块将液态生物材料输入到喷头模块(3)中，再调整喷头模块(3)内液态生物材料受到的压力，运动控制器根据待打印生物软组织的三维模型规划喷头模块(3)的运动路径；

3)光栅尺检测喷头模块(3)的位置信息，并将所述位置信息发送至喷头控制器(2)中，喷头控制器(2)根据所述位置信息计算喷头模块(3)的运动速度，然后根据喷头模块(3)的运动速度以及该层二维截面数据控制各喷嘴(6)的开关状态及喷射频率，三轴运动模块带动喷头模块(3)匀速运动，使喷嘴(6)将液态生物材料的微滴喷射到基板上，完成一层二维截面的打印，其中，液态生物材料的微滴的体积为35-85pl，相邻液态生物材料的微滴之间的间距为100-300um；

4)三轴运动模块带动喷头模块(3)向上移动下一层二维截面的厚度，重复步骤3)，完成下一层二维截面的打印；

5)重复步骤4)，直至所有层二维截面打印完成为止，得生物软组织。

2.根据权利要求1所述多微滴精准喷射的细胞3D打印方法，其特征在于，供液模块包括供液箱(4)以及用于为供液箱(4)提供气压的气源(5)，供液箱(4)的出液口与喷头模块(3)的入液口相连通，气源(5)的输出气压大于等于0.5mPa，气源(5)的出气口处设有阀门。

3.根据权利要求1所述的多微滴精准喷射的细胞3D打印方法，其特征在于，喷头控制器(2)通过控制喷嘴(6)的驱动电压控制液态生物材料的微滴的喷射速度及大小，喷嘴(6)的驱动电压为80V-150V，喷嘴(6)的喷射频率为100Hz-12000Hz。

4.根据权利要求1所述的多微滴精准喷射的细胞3D打印方法，其特征在于，液态生物材料在10-30℃范围内的粘度为4-20cps、表面张力为20-55dyn/cm、pH为4-9。

5.根据权利要求1所述的多微滴精准喷射的细胞3D打印方法，其特征在于，液态生物材料中除细胞以外的微粒的直径小于1/10喷嘴(6)内径。

6.根据权利要求2所述的多微滴精准喷射的细胞3D打印方法，其特征在于，还包括：通过紫外灯对喷头模块(3)表面及打印区域进行灭菌，通过灭菌溶液对液态生物材料经过的区域进行灭菌，再通过无菌去离子水冲洗液态生物材料经过的区域，然后将液体生物材料装入供液箱(4)中，使液态生物材料充满喷头模块(3)，排除液态生物材料经过的区域中的气体，再调节喷头模块(3)内液态生物材料受到的压力，然后断开供液箱(4)与喷头模块(3)，通过注射器将混合细胞的液体生物材料注入到喷头模块(3)中，最后再将供液箱(4)与喷头模块(3)相连通。

7.根据权利要求1所述的多微滴精准喷射的细胞3D打印方法，其特征在于，所述喷头模块(3)为集成式多喷嘴压电式喷头，各喷嘴(6)的内径为30-60um。