[发明专利]微流控芯片打印喷嘴和生物3D打印系统

权利要求书

1.一种使用生物3D打印系统构建梯度组织工程角膜的方法，所述生物3D打印系统包括用于打印凝胶纤维的微流控芯片喷嘴，以及用于向所述微流控芯片喷嘴输送打印材料的管道，用于控制向所述微流控芯片喷嘴上的各流道输送的溶液流速的泵，以及用于控制所述微流控芯片喷嘴上的各微阀开闭的电路系统，其特征在于,所述微流控芯片喷嘴包括微流控芯片和双层结构的喷嘴，所述微流控芯片包括微流控芯片基底层和微流控芯片上层，所述微流控芯片基底层上形成有多条流道及其入口和连接所述多条流道的混流结构流道及微流控芯片出口，所述混流结构流道连接所述微流控芯片出口，所述微流控芯片上层上形成有对应于所述多条流道的微阀，所述微阀可受控开通或关闭以控制不同流道的液体进入所述混流结构流道，从而控制从所述微流控芯片出口输出的混合溶液的浓度和成分，所述双层结构的喷嘴包括内层微针头和包围在所述内层微针头的外侧的外壳，所述内层微针头与所述微流控芯片出口相连接，混合溶液通过所述内层微针头输入所述外壳内，所述内层微针头对混合溶液进入喷嘴后的流动状态提供保护作用，所述外壳上设置有交联液体输入口和喷嘴出口；所述构建梯度组织工程角膜的方法包括如下打印过程：交联液体在通入外壳后，经过沿着所述内层微针头外壁一段长度的流动，从周向包裹从所述内层微针头流出的混合溶液，与混合液体交联产生凝胶纤维，并利用周向的流体聚焦效应控制交联产生的凝胶纤维的流动方向，从所述喷嘴出口流出，并产生适于打印分层结构的梯度组织工程角膜的流体剪切应力，所述生物3D打印系统通过路线规划，在构建梯度组织工程角膜的过程中采用环形路径的打印方式，将从双层结构喷嘴中的凝胶纤维由内向外，一圈一圈地沉积在模具上，直到打印完成第一层；当第一层打印完毕后，喷嘴重新回到模具圆心处，在第一层的基础上按照和前面相同的方式，由内向外将凝胶纤维一圈一圈地沉积在之前一层上，以此类推，一直到整个角膜模型打印完毕，打印的梯度组织工程角膜按照包含的细胞类型分为内中外三大层，其中中间大层使用包含角膜基质细胞的凝胶纤维打印，内外两大层则使用不含细胞的凝胶纤维打印，之后内外两大层分别接种角膜内皮细胞和角膜上皮细胞，打印的组织工程角膜按照是否包含额外的生长因子又在径向方向上分为里中外三大圈，其中在打印中间大圈时，供应液包含高浓度生长因子的流道的微阀打开，从而打印的凝胶纤维含有高浓度的生长因子，最终实现径向上具有不同生长因子浓度梯度，各大层上具有不同细胞成分的梯度组织工程角膜构建。

2.如权利要求1所述的梯度组织工程角膜的方法，其特征在于,所述外壳为倒锥形结构，所述交联液体输入口设置在所述外壳的侧壁的靠近所述微流控芯片出口的上部。

3.如权利要求1或2所述的梯度组织工程角膜的方法，其特征在于,所述微流控芯片呈竖直式设置，所述多条流道包括沿竖直方向向下延伸的主流道和与所述主流道相连的至少一条侧流道，所述混流结构流道具有沿竖直方向向下延伸的两条蜿蜒曲折结构，且所述两条蜿蜒曲折结构在延伸途中至少存在两次交汇。

4.如权利要求3所述的梯度组织工程角膜的方法，其特征在于,所述混流结构流道在首尾两端分别形成一个倒Y形结构流道和一个Y形结构流道，在中间形成至少两个X形结构流道，所述倒Y形结构流道、所述至少两个X形结构流道和所述Y形结构流道依次串联。

5.如权利要求1至2任一项所述的梯度组织工程角膜的方法，其特征在于,所述微流控芯片出口设置成圆孔，所述内层微针头的顶部插入所述圆孔并形成液密封连接。

6.如权利要求1至2任一项所述的梯度组织工程角膜的方法，其特征在于,所述微流控芯片基底层和所属微流控芯片上层均由混有固化剂的软PDMS制备而成，所述软PDMS的主剂和所述固化剂的比例为10：1。