[发明专利]一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片

说明书

本发明公开一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片。基于3D打印层层精确堆积、一次性成型和打印材料多元化的特点，结合模型切片时可设置不同的填充度，形成不同大小的网状结构，从而完成阵列细胞微球的制备与培养。本发明具有经济方便且细胞成球均匀等特点，在普通实验室即可制作，克服了超低黏附六孔板成球大小不均一的缺点及商业化阵列成球微孔板价格高昂的局限性。

技术领域

本发明涉及一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，成功在利用熔融堆积成型技术制造的芯片中实现间充质干细胞3D微球的制备与培养，具有高通量、成球大小均一、芯片制作简单、成本低等特点。

背景技术

三维快速成型打印简称3D打印，又称增材制造，是快速成型技术的一种，综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其基本原理为：数字分层-物理层积，即首先对被打印对象建立数字模型并进行数字分层，获得每层二维横截面信息、加工路径或轨迹；然后选择合适的打印材料及相应的工艺方式将上述数字信息转化为物理驱动，逐层打印，直至制造出模型实体。与传统的“去除”加工方法和“变性”加工方法相比，3D打印无需事先制造模具，无需在制造过程中取出大量材料，工艺简单，缩短了开发产品的时间，降低成本，被广泛应用于产品原型、模具制作、生物工程与医学以及航空航天等领域。

目前，3D快速成型打印领域中已有近20中不同的工艺系统，其中比较典型的有六种，分别是立体光刻（SLA），叠层实体制造（LOM），熔融沉积成型（FDM），选择性激光烧结（SLS），选择性激光熔化（SLM）和三维打印与胶黏（3DP）。FDM是应用最为广泛的打印技术，利用热塑性聚合物在熔融状态下从打印喷头挤出然后冷却凝固成薄层，再一层一层地叠加而成，具有打印设备价格低、打印材料品种多、打印材料利用率高及打印过程不涉及化学变化等优点。聚乳酸（PLA）是最常用的FDM型打印材料，具有可降解性、可加工性、生物相容性好等优良特性，是一种环境友好型热塑性材料。

与传统的单层培养技术相比，三维水凝胶细胞培养法能够提供更接近生理状态的组织微环境，促进细胞与细胞和细胞与微生物之间的相互作用，有利于进行对细胞行为、细胞基质与生物分子的产生的研究。但由于外源性人工基质可能会对细胞行为产生影响，比如诱导细胞分化方向、影响细胞增殖与细胞凋亡等，无支架的3D细胞球培养系统引发越来越多的关注。细胞微球成球的均一性程度、细胞球体积等均是影响生物实验的关键因素。对于精度要求较低的实验，利用超低吸附六孔板进行细胞球的培养即可达到实验目的。对于精度要求较高的实验，细胞球体积会对实验结果产生重大影响。尤其涉及重复性试验，细胞球成球均一性是决定实验能否成功的重要因素。基于以上问题，本发明设计的根据3D打印机切片时设置填充度不同，可形成不同孔径的网状芯片，成功实现对细胞微球的制备与培养，为癌症诊治、多功能干细胞分化及细胞与周围微环境关系等领域研究提供新的科学技术平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片及其制备方法和应用。

1.本发明的目的是这样实现的，一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，该芯片能根据填充度不同形成不同大小的网状结构，实现细胞微球的制备与培养。

所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，利用3D打印技术获取芯片模型，3D打印材料选自聚乳酸（PLA），软性弹性橡胶体（Rubber）或仿玻璃纤维（P-glass）。

所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，对打印规律和打印填充度的影响因素进行了考察，并进行3D打印规律总结。

所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，采用离心的方法使细胞进入芯片内部，优化离心转速和细胞密度以达到最佳效果。