[发明专利]3D细胞打印系统及其打印方法

说明书

技术领域

本发明涉及细胞打印技术，具体涉及3D细胞打印系统及其打印方法。

背景技术

 细胞打印技术是快速成型技术和生物制造技术的有机结合的一种新技术。目前科学家研发出了能打印出皮肤、软骨、骨头和身体其他器官的三维生物打印机。细胞打印工艺，如图 1所示。细胞打印技术受到了各国学者的广泛关注。生物打印机面临的挑战之一是打印多细胞组成的人体或动物的器官，因为任何打印出来的器官或身体组织都需要同身体的血管相连。目前的生物打印技术主要是在于研究新的成型方式、细胞支架材料、提高成型精度及成型支架机械性能等方面的研究。

细胞打印技术多种多样，按打印方式可分为喷墨式、喷射式、激光诱导直写、激光诱导转移、激光固化以及声控打印。目前的生物打印技术在构建大块软组织及内脏器官方面，仍存在许多缺憾：1)种植的细胞密度有限，新生组织的长入缓慢；2)与天然组织中三维均衡的生存环境不同，细胞由支架表面向内部生长，因而不利于细胞的相互接触、相应器官的发育和功能表达；3)血管化不足，没有良好的血管化解决方案，导致营养物质在支架内部渗透能力降低，细胞得不到充足的养分，因而在还无法实现大块需要血供充足的大块软组织及内脏器官；4)无法实现将不同的细胞定位到不同的空间位置，而大块软组织及内脏器官往往含有多种细胞，不同细胞具有特有的空间排布特点。比如专利CN201310294332.0公开了细胞打印方法及细胞打印系统，该技术方案利用同一个微喷管实现多种细胞的吸取和打印操作，避免了因采用多组微喷管而使设备负责程度增加，避免了因更换微喷管而造成的操作过程复杂化，但是该技术方案仍然不能很好地解决上述的问题。

细胞作为构成人类器官的基本单元，其尺寸在几微米到几十微米的范围内。因此，如何在三维尺度上精确控制不同种类的细胞及细胞外基质的分布，并形成与人体或动物的的组织或器官相似的三维构造体是组织工程所面临的一大难题。

发明内容

为解决三维尺度上精确控制不同种类的细胞及细胞外基质的分布，并形成与人体或动物的组织或器官相似的三维构造体，本发明的一个目的在于提供一种3D细胞打印系统，通过运用本3D细胞打印系统可在体外构建人体或动物的组织或器官，能够精确控制单个细胞和细胞外基质分布。

    本发明另一目的在于3D细胞打印系统的打印方法，该方法可以精确打印高密度的细胞，打印的细胞可以相互接触，可将不同的细胞及细胞外基质打印到不同的空间位置，可有效解决细胞空间排布及新生组织的长入缓慢等问题。

本发明的3D细胞打印系统采用如下的技术方案：

    3D细胞打印系统， 包括总控制系统、细胞打印工作台、成型工作台、细胞外基质材料打印系统及细胞控制介质系统，所述细胞打印工作台包括第一工作台和第二工作台，所述第二工作台位于所述第一工作台的下方，所述第一工作台上分布有多个细胞阵列安装孔，细胞阵列位于所述细胞阵列安装孔中，本专利中所述的细胞阵列是指细胞有规律的被加载在带有阵列孔中；所述细胞控制介质系统用于对细胞阵列进行打印，细胞外基质材料打印系统安装于所述第一工作台上，成型工作台安装于所述第二工作台中，所述细胞打印工作台、细胞外基质材料打印系统以及所述细胞控制介质系统分别与所述总控制系统电性连接，均由总控制系统控制。

作为本发明3D细胞打印系统的一种改进，所述细胞阵列的上方设置有补料系统，所述补料系统由所述总控制系统控制，补料系统主要用于填补相应细胞阵列上的细胞，或直接拆换整个细胞阵列。

作为本发明3D细胞打印系统的另一种改进，所述第一工作台和第二工作台能够相对上下移动以及相对旋转运动，以方便细胞阵列的定位与安装以及及成型工作台的定位与安装。

作为本发明3D细胞打印系统的再一种改进，所述细胞控制介质系统的介质为能够对所述细胞阵列产生压力的介质，当细胞阵列上的细胞受到介质的作用时，细胞阵列上的细胞受到垂直往下的作用力，相应的细胞按需地打印到成型工作台相应的位置上，而没有受到作用的细胞仍然留在细胞阵列上，从而能够精确地打印出所需的单层细胞的形状。

作为本发明3D细胞打印系统的进一步改进，所述介质为光压或气压等可以对细胞阵列产生作用力而又不对细胞产生损害的介质。

    作为本发明3D细胞打印系统的进一步改进，所述细胞阵列由多个与细胞形状相对应的细胞孔槽组成，所述细胞孔槽为通孔。

    本发明的3D细胞打印系统的打印方法，具体包括如下的步骤：

S1、对细胞阵列中的细胞孔槽进行定位；