[发明专利]一种三维细胞打印装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及组织工程中三维细胞打印技术，特别是涉及一种采用制冷交联成形的细胞打印装置。

【背景技术】

生物三维打印技术是利用三维打印的原理和方法将生物材料（包括天然生物材料和合成生物材料）或细胞溶液打印成为设计的三维结构体，其中细胞溶液作为打印材料的技术又称为细胞三维打印技术。目前实现细胞打印的技术包括：基于喷墨打印的细胞打印、基于激光技术的细胞打印以及基于三维打印（快速成形）的细胞打印。前两种技术难于打印三维复杂结构，限制了其在构建大尺寸三维仿生结构方面的应用。而第三种技术，基于三维打印的细胞打印技术则最适合于构建复杂的三维细胞结构。

目前，三维细胞打印装置较常见的即为Envision Tec公司开发的Bio-plotter三维细胞打印装置。打印装置包括打印喷头和成形平台，打印喷头用气动的方法将生物材料，即溶胶态的细胞溶液，喷射至成形平台上的交联剂溶液中，利用化学交联的方式使溶胶态的细胞溶液凝胶转变成凝胶态，最终成形。这种成形方式的缺点在于：引入了交联剂，固化后的材料单元表面存在交联剂，导致被制造的三维结构层与层之间连接不可靠，难于成形高度较高的多层细胞三维结构。也有提出利用明胶的温敏特性代替上述利用交联剂化学交联的成形方式，通过控制温度的变化使得明胶基的细胞溶液在打印后实现溶胶到凝胶的转变，以辅助成形。但相关系统的设计通常是将细胞材料喷射至低温的成形环境，即一个封闭的低温冰箱内，这种冰箱一般采用蒸汽压缩制冷机组，导致成形室的体积较大，整个装置体积较大，成本较高。且该装置中打印的细胞容易受到污染，细胞存活率较低。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种三维细胞打印装置，体积较小，成本较低，且打印成形高度较高的多层细胞三维结构时的效果也较好，也有助于提高打印的细胞的存活率。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种三维细胞打印装置，包括打印喷头和成形平台，所述打印喷头用于将溶胶态的细胞溶液从喷嘴喷出打印至所述成形平台上；还包括第一风冷单元、第二风冷单元和制冷单元，所述第一风冷单元和所述第二风冷单元分别设置在所述打印喷头的两侧，所述第一风冷单元和所述第二风冷单元用于将冷气定向导向至所述成形平台上对应所述喷嘴喷出的区域的顶部；所述制冷单元设置在所述成形平台的底部，用于对所述成形平台上对应所述喷嘴喷出的区域的底部进行制冷；所述细胞溶液为温敏型细胞溶液；所述第一风冷单元、第二风冷单元和制冷单元用于对所述成形平台上对应所述喷嘴喷出的区域进行制冷，使所述温敏型细胞溶液喷出后处于被制冷的环境中，从而从溶胶态转变为凝胶态。

一种三维细胞打印装置，包括打印喷头和成形平台，所述打印喷头用于将溶胶态的细胞溶液从喷嘴喷出打印至所述成形平台上；还包括第一冷源单元、第二冷源单元和制冷单元，所述第一冷源单元和所述第二冷源单元分别设置在所述打印喷头的喷嘴的两侧上，所述第一冷源单元和所述第二冷源单元用于直接对喷嘴区域提供冷气；所述制冷单元设置在所述成形平台的底部，用于对所述成形平台上对应所述喷嘴喷出的区域的底部进行制冷；所述细胞溶液为温敏型细胞溶液；第一冷源单元、第二冷源单元和制冷单元用于对所述温敏型细胞溶液在喷出前进行制冷，且喷出后仍然处于被制冷的环境中，从而从溶胶态转变为凝胶态。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的三维细胞打印装置，包括两个风冷单元和制冷单元，或者两个冷源单元和制冷单元；细胞溶液为温敏型细胞溶液；由风冷单元和制冷单元形成覆盖打印出的细胞溶液的局部制冷成形区域，或者由冷源单元和制冷单元使得细胞溶液在打印喷出前至打印喷出后一直保持被制冷的环境中，从而使温敏型细胞溶液从溶胶态转变为凝胶态，实现成形打印。本发明的装置，（1）无需以往应用的封闭低温成形室，也省去了相应的复杂的蒸汽压缩制冷机组，从而实现装置体积的大幅减小，成本大幅降低。（2）由于配合各组件围绕喷出的细胞溶液形成针对性的局部制冷环境，则不论需要打印的生物三维结构的高度层数如何，打印过程中稍后喷出的处于高层的细胞溶液也是处于制冷环境中，高层的细胞溶液打印出后也能较好地成形，可较好地打印多层细胞三维结构。（3）本发明的装置体积大幅减小，可以实现设备桌面化。桌面化的细胞打印装置可以放置于一个超净工作室内使用，从而有效防止周围环境对打印的细胞结构的污染，有助于提高细胞存活率。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式一的三维细胞打印装置的结构示意图；