[发明专利]一种基于微流控芯片的打印喷头装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微流控芯片的打印喷头装置。

背景技术

微流控芯片技术(Microfluidics)的目标是把整个化验室的功能集成在微芯片上，且可以多次使用。其装置特征主要是有效结构(通道、反应室和其它某些功能部件)至少在一个维度上为微米级尺度，由此发展出独特的分析性能。其具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点，目前工作发展的重点应用领域是生命科学领域。

3D打印(3D printing)，即快速成型技术的一种，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。用3D打印的方法成型生物材料，特别是细胞等材料的方法，就叫生物3D打印。生物3D打印是3D打印技术研究最前沿的领域，在医学领域应用前景较好。

多种材料(例如多种细胞材料)的共同打印在生物3D打印中有重要的意义。为了解决此问题，目前采用的手段主要是多喷头打印机。然而，多喷头打印装置结构复杂、成本较高；频繁换用喷头时工作效率较低；存在多喷头坐标补偿的位置误差；且多喷头之间存在位置干涉，这限制了打印成品的横向尺寸；交换后，材料交接处多有疙瘩状结。

一种值得考虑的新型思路是单一喷头和多流道输送材料，通过控制流道的开闭，改变喷头打印所用的材料。然而，宏观尺寸的流道易发生液态材料混合，导致不同种材料的互相污染。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于微流控芯片的喷头装置，可在一次打印过程中通过单一喷头交替进行多种材料的打印。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于微流控芯片的打印喷头装置，包括芯片基体，所述芯片基体上设置有至少一条材料流道和至少一条控制流道，所述材料流道用于输送打印材料，所述控制流道中流通压力可控的流体物质，所述控制流道与对应的材料流道相交错并在交错位置形成控制阀，所述控制阀包括将所述控制流道与对应的材料流道在交错位置隔开的柔性薄膜，所述柔性薄膜根据所述控制流道中的压力产生形变，控制所述材料流道的导通和截断。

进一步地：

所述打印喷头装置包括多条所述材料流道，其中部分材料流道或全部材料流道上设有对应的所述控制阀，各材料流道汇合于汇合流道，所述汇合流道经输出流道连接出口。

所述材料流道在所述控制阀处的高度小于100微米，大于50微米。

所述材料流道的宽度为100-200微米。

所述控制流道的宽度为200-300微米。

所述汇合流道的宽度为100-200微米。

所述输出流道的宽度为100-200微米。

所述柔性薄膜为厚度为30-80微米的PDMS薄膜。

所述打印材料为金属或塑料或生物材料，所述生物材料可以是含支架、营养液或细胞等等的流体材料。

所述材料流道在所述交错位置处的横截面为沿着远离所述控制流道的方向渐窄的梯形。

所述流体物质为密度小于所述打印材料的气体或液体，所述控制流道在所述交错位置处位于所述材料流道的上方。

本发明的有益效果：

本发明的基于微流控芯片的打印喷头装置，能够实现以单一喷头在一次打印过程中交替进行多种材料的打印，通过对控制流道中的气体/液体压力进行控制，使得柔性薄膜的形变来控制材料流道的开闭，改变喷头所喷出的材料，而且液体在微米级尺寸下表现出的特殊属性如毛细现象，能够较好地防止不同的液态材料在流道中混合，有效避免不同种材料的互相污染，为生物材料打印技术提供较好的工程支持。本发明的打印喷头装置具有反应灵敏、控制成本低、材料污染小、装置尺寸较小等优点。本发明的喷头装置可直接装备到现有3D生物打印机上，实现单喷头多流道的多材料受控打印，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1和图2是本发明的优选实施例提供的喷头装置的整体外形示意图，图1为整体外观，图2为显示内部结构的透视图。

图3和图4分别是实施例中的材料流道和控制流道的平面结构示意图。

图5是实施例中的控制阀的立体结构示意图。

图6a为实施例中的材料流道开启状态截面示意图，图6b为实施例中的材料流道关闭状截面态示意图；

图7一个实际控制例的演示图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。