[发明专利]一种基于气流传送的生物打印新方法

说明书

本发明涉及一种基于气流传送技术的打印新方法，属于微流体及生物打印技术领域。所发明的基于气流传送技术的打印新方法是将墨水从微流道连续挤出，微流道出口所在的表面为超疏水表面；在挤出墨水的同时，施加一束方向吹向承印面的气流，使之吹过位于微流道出口处的液滴。随着液滴体积的增大，气流对其作用力也随之增大，最终将液滴从出口处吹落，并将其传送至承印面上。除了采用开放式的超疏水表面之外，该方法还可以采用内壁超疏水的封闭气流通道作为液滴产生和传送的通道。封闭气流通道对气流的约束作用更有利于对液滴轨迹和落点的控制。液滴的大小可以通过出液孔大小、墨水注入流量、气流大小，以及出液孔所在表面的亲疏水性进行调控。

技术领域

本发明属于微流体及生物打印技术领域，涉及一种基于气流传送技术的液滴产生、传送和打印新方法。

技术背景

根据生物墨水喷出模式的不同，目前的生物3D打印技术所采用的喷头主要有两种类型。一种是采用压力，将生物墨水连续地从喷头上的微细喷孔挤出。此工作模式需要对生物墨水施加一定的压力，而且打印过程中，喷头与被打印生物体必须保持非常小的距离。另一种是采用传统的喷墨打印头，将生物墨水离散为单个液滴，从喷孔喷出。根据驱动方式的不同，传统的喷墨打印头又可以主要分为压电式喷头和热发泡式喷头两种类型。压电式喷头的工作原理为：微压电驱动器件在电信号的作用下，迅速变形，快速挤压储墨腔，从而使墨水从喷头快速喷出，形成具有一定初速度的离散的液滴，飞向承印面。对于热发泡式喷头，储液腔内部有一个可以将电信号快速转化为热信号的发热器件，可以将与其接触的墨水迅速汽化，形成快速膨胀的气泡，该气泡使得储液腔内的压力迅速升高，从而将墨水从喷孔喷出。

无论是压电式还是热发泡式喷头，每喷出一个液滴，储液腔内的墨水都会经历一次压力冲击。该压力通常可以达到几个大气压的大小，所以往往会对被打印的生物活性物质，比如细胞，造成一定的机械损伤。对于热发泡喷头，墨水还要承受热冲击，对生物墨水内的活性物质容易造成危害。另外，由于传统的喷墨打印喷头内部的微流道和喷孔尺寸都比较小，所以经常会发生喷头堵塞现象，尤其是在打印包含细胞的生物墨水时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于生物打印的，基于气流传送技术的打印新方法，尤其适用于对细胞溶液打印。也适用于普通墨水的打印。

本发明的原理是：所发明的基于气流传送技术的打印新方法是将墨水从一个超疏水表面上的小孔连续挤出；小孔上方设置一束吹向承印面的气流。随着液滴体积的不断增大，其迎风面积也不断增大，在气流中所受的平行于其所在表面的剪切力也不断增大。当剪切力大于液滴在表面上的粘附力时，液滴将从表面脱落，并被气流传送至承印面，完成打印。

本发明的优点如下：

1液滴产生过程中没有压力冲击，热冲击以及强电/磁场等有害于生物活性物质的，非常适合于包含细胞等其他生物活性物质的打印。

2.液滴大小和打印频率可以通过出液孔的大小，墨水注入流量和气流速度进行调节控制。

3.操作简单方便，对设备的要求低。

附图说明

图1为开放表面情况下基于气流传送技术的打印原理示意图。

图2为微通道内基于气流传送技术的打印原理示意图。

图3液滴产生过程示意图。

图4微通道内基于气流传送技术的多种墨水同时打印原理示意图。

具体实施方式