[发明专利]一种用于水下生物打印的微操作机械臂

说明书

本发明公开了一种用于水下生物打印的微操作机械臂，包括生物打印头、旋转微操作机械臂和伸缩机械臂；生物打印头由微操作机械手和固定在其上的微流控芯片构成；旋转微操作机械臂由俯仰微操作机械臂、偏转微操作机械臂和转接机械臂构成并依次连接呈“Z”字型；伸缩机械臂由伸缩微操作机械臂、连接机械臂和基座构成，连接机械臂的一端与基座固定，伸缩微操作机械臂的一端通过连接机械臂上开设的滑槽与连接机械臂连接以改变两者连接后的长度；偏转微操作机械臂可相对伸缩微操作机械臂左右偏转；微操作机械手可相对俯仰微操作机械臂转动以改变俯仰角度。本发明能够精准有序地在液体环境下打印细胞微载体。

技术领域

本发明涉及与组织工程相关的机器人微操作，更进一步涉及一种用于水下生物打印的微操作机械臂，属于生物材料组装打印技术领域。

背景技术

组织工程利用机器人技术通过细胞的三维组装开发具有人体器官功能的多孔支架，为器官修复和再生提供了一种新途径。由于人体组织是由多种细胞组成的空间有序结构，如何在原位环境下通过机器人实现不同细胞的精确微操作是目前细胞三维组装技术发展面临的难题。

为了减少对细胞的机械损伤，同时提高细胞三维组装效率，通常采用细胞微载体对细胞进行包裹来提高存活率，从而为细胞提供基本的生命活动场所。微流控技术为细胞的封装提供了安全有效的方法。但是由于细胞微载体的加工精度要求很高，通常在数微米，所以需要借助显微镜操作，但是在显微镜下通过微流控芯片加工细胞微载体的过程中又存在遮挡视野和扰动环境的问题。

3D打印已经是一项比较成熟的技术，目前的3D打印往往在空气环境下进行。虽然利用机器人在空气中进行三维打印具有一定的控制精度，但是在液体环境按照常规方法打印会受到流体扰动的影响难以精准控制细胞微载体的空间位置。为了模拟原位环境需要在液体环境下进行细胞微载体的三维打印，但在液体环境下改变打印方向和速度都可能导致细胞微载体在喷射过程中出现断裂和挤压变形等问题。其次，在显微镜下进行细胞微载体的三维组装，又存在微操作空间范围小等问题。

因此，液体环境下利用常规的三维打印方法进行细胞微载体的三维组装存在细胞存活率低和组装效率低的问题，需要解决流体扰动大、定位难等难题，同时还会引起细胞微载体的漂移，造成难以精准有序布置细胞微载体，不利于构建稳定结构的人工组织支架，从而难以模拟真实的组织或器官结构中的特定细胞的三维空间分布。

因此对于本领域的技术人员来说，如何精准有序地在液体环境中利用微操作机器人系统组装细胞微载体，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术在液体环境下进行细胞微载体组装存在的定位难、精度差、效率低等不足，本发明的目的在于提供一种用于水下生物打印的微操作机械臂，能够精准有序地在液体环境下打印细胞微载体。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于水下生物打印的微操作机械臂，包括生物打印头、旋转微操作机械臂和伸缩机械臂；生物打印头由微操作机械手和固定安装在微操作机械手上的微流控芯片构成；旋转微操作机械臂由俯仰微操作机械臂、偏转微操作机械臂和转接机械臂构成，转接机械臂的两端分别与俯仰微操作机械臂和偏转微操作机械臂的一端连接以使三者连接后呈“Z”字型；伸缩机械臂由伸缩微操作机械臂、连接机械臂和基座构成，基座固定在微操作机器人的前端，连接机械臂的一端与基座固定，连接机械臂中心设有沿轴线的滑槽，且滑槽一端贯穿连接机械臂远离基座的另一端；伸缩微操作机械臂的一端可滑动地插入滑槽内并通过锁定机构在滑动到位时将伸缩微操作机械臂锁定在连接机械臂上；偏转微操作机械臂另一端通过竖直设置的转轴与伸缩微操作机械臂位于滑槽外的另一端可转动连接，以使偏转微操作机械臂可相对伸缩微操作机械臂左右偏转；微操作机械手一端通过水平设置的转轴与俯仰微操作机械臂的另一端可转动连接，以使微操作机械手可相对俯仰微操作机械臂转动以改变俯仰角度。