[发明专利]三维超声阵列无支架细胞打印装置及其打印工艺

说明书

三维超声阵列无支架细胞打印装置及其打印工艺，包括细胞输送机构、打印平台、平台驱动机构、输送驱动机构和三维超声阵列微势阱发生系统，打印平台安装在平台驱动机构上，细胞输送机构安装在输送驱动机构上，三维超声阵列微势阱发生系统与打印平台连接，在打印平台内形成平面声压微势阱，在打印平台上形成多个不同高度的平面声压微势阱，来实现对需要在不同高度打印的细胞进行定位，采用构建三维阵列声压势阱的方式构建细胞三维体系，可操控性更好，能用于多种细胞、多种环境下的细胞三维打印，具有极好的普适性。

技术领域

本发明属于生物制造、细胞打印领域，具体涉及三维超声阵列无支架细胞打印装置及其打印工艺。

背景技术

细胞/生物3D打印通过逐步沉积活细胞、细胞外基质、生物因子和必要的生物材料进行细胞的三维组装，在体外构建具有生物活性的三维多细胞体系，再经培养繁殖达到组织再生、器官修复的目的，是解决传统组织工程困境的有效途径，对生命科学和生物医药的发展意义重大。

在细胞打印技术中，首要解决的问题是如何将设定数量的特定细胞精准地沉积到三维空间的预设位置，即如何按需构建细胞的三维体系，且有利于细胞培养繁殖的营养输送，最终形成组织。为达到上述目的，现有细胞3D打印通常将以水凝胶为代表的支架材料与细胞液混合配制成生物墨水进行打印，水凝胶凝固后成为细胞附着的生物支架。然而，作为细胞进一步繁殖的载体，生物支架面临的挑战众多，如细胞间通信的干扰、细胞附着的不均匀、支架降解的影响以及支架材料的精度差等问题。而目前无支架细胞打印技术避免了将支架材料掺入细胞液制成生物墨水进行打印，在细胞间通讯等方面优势显著。然而，已有无支架细胞打印技术仍需使用琼脂杆等作为细胞打印过程中的物理支撑。因此研究无支架无支撑的细胞3D打印技术具有重要意义。

发明内容

针对以上不足，本发明所要解决的技术问题是提供三维超声阵列无支架细胞打印装置及其打印工艺，通过逐步沉积活细胞、细胞外基质、生物因子和必要的生物材料进行细胞的三维组装，在体外构建具有生物活性的三维多细胞体系，再经培养繁殖达到组织再生、器官修复的目的。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是，

三维超声阵列无支架细胞打印装置，包括细胞输送机构、打印平台、平台驱动机构、输送驱动机构和三维超声阵列微势阱发生系统，打印平台安装在平台驱动机构上，细胞输送机构安装在输送驱动机构上，三维超声阵列微势阱发生系统与打印平台连接，在打印平台内形成平面声压微势阱阵列。

进一步的，三维超声阵列微势阱发生系统包括信号发生器、功率放大器和压电换能器阵列，压电换能器阵列固定安装在打印平台上，功率放大器与压电换能器阵列连接，信号发生器与功率放大器连接。

进一步的，打印平台包括底盘和多边形谐振腔，底盘与平台驱动机构连接，多边形谐振腔固定安装在底盘上，压电换能器阵列固定安装在多边形谐振腔的内壁上，在多边形谐振腔内形成平面声压微势阱阵列。

进一步的，多边形谐振腔内壁上安装有压电换能器阵列，压电换能器阵列在高度方向上等距排列，形成多个不同高度的声压微势阱。

进一步的，细胞输送机构包括微输送喷嘴、脉冲致动装置、喷嘴夹、架板，微输送喷嘴通过喷嘴夹固定安装在架板上，脉冲致动装置固定安装在架板上，并与微输送喷嘴上部连接。

进一步的，微输送喷嘴的下端安装有喷头，微输送喷嘴与喷头之间固定安装有细胞计数器。

进一步的，架板上固定安装有显微镜，显微镜朝向喷头设置。

进一步的，平台驱动机构包括底座板、升降支架、升降丝杆滑块组件和升降电机，升降支架固定安装在底座板上，升降丝杆滑块组件转动安装在升降支架上，升降电机与升降丝杆滑块组件连接。