一种细胞微球3D打印喷头及打印方法

本发明涉及生物3d打印机，具体涉及一种细胞微球3d打印喷头及打印方法。

背景技术：

1、细胞微球3d打印技术近年来在生物医学领域引起了广泛关注。该技术能够精确控制细胞微球的定位、形状和内部结构，为组织工程和再生医学提供了全新的工具。细胞微球3d打印是一种先进的生物制造技术，它利用3d打印技术将细胞包裹在微球中，并按预定的三维结构逐层堆积，以构建复杂的组织或器官模型。在这一过程中，抽吸力作为一个关键参数，对细胞在微球内的分布、形态以及生存状态有着显著的影响。

2、根据文献aspiration-assisted freeform bioprinting of pre-fabricatedtissue spheroids in a yield-stress gel、aspiration-assisted bioprinting forprecise positioning of biologics，细胞微球在打印过程中将会受到表面张力、负压吸附力、界面阻力等力的作用，因此，细胞微球在打印过程中有着随时脱落的风险导致打印无法进行。而在细胞微球3d打印过程中，喷头装置的抽吸力起着至关重要的作用。在3d打印过程中，通过特定的装置产生的负压，用于将细胞微球吸附在打印针头上，并精确地放置在预定的位置。抽吸力的大小直接影响到细胞微球的稳定性和打印的精确性。如果抽吸力过小，细胞微球可能无法稳定地吸附在打印针头上，同时无法保证在运动时能够稳定地吸附在打印针头上，导致打印失败；而抽吸力过大，则可能对细胞造成损伤，影响细胞的生存和功能。因此需要设计一种特殊的打印喷头保护装置来保证细胞微球只需较小的抽吸力就能实现稳定地吸附在打印针头上。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种细胞微球3d打印喷头，以解决现有技术中细胞微球吸附不稳定以及细胞微球容易损伤的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种细胞微球3d打印喷头，包括固定板、针筒、喷头固定板、针头、针头套固定板、针头套和第一移动装置，所述第一移动装置固定端固定安装在固定板上，第一移动装置移动端上固定安装有喷头固定板，所述喷头固定板板身竖直方向挖有通孔，所述针筒上端固定安装于喷头固定板上的通孔内，针筒下端连接有针头，所述固定板底部在针筒下方靠近针筒与针头连接处的高度固定安装有针头套固定板，所述针头套固定板板身竖直方向对应针头所在位置设有贯通至针头套固定板底部的针孔，所述针头套固定板底面对应针孔所在位置固定连接有针头套，所述针头一端与针筒底部固定连接，针头另一端穿过针头套固定板上的针孔进入到针头套内，并随着第一移动装置移动端在竖直方向上运动。

4、具体的，所述第一移动装置为螺杆式移动装置，包括步进电机、螺杆固定板、移动板和螺杆，所述螺杆固定板共有两块，分别一上一下固定安装在固定板上，位于上方的螺杆固定板上固定安装有步进电机，位于下方的螺杆固定板安装位置在针头套固定板上方，所述螺杆沿竖直方向转动安装于两块螺杆固定板之间，所述步进电机转轴与螺杆顶部固定连接，所述移动板转动安装于两块螺杆固定板之间的螺杆上，所述移动板侧面固定安装有喷头固定板，所述步进电机启动后，带动与步进电机转轴连接的螺杆转动，进而使移动板沿螺杆在竖直方向上运动。

5、具体的，所述第一移动装置为滑台气缸式移动装置，包括滑块和滑台气缸，所述滑台气缸底座固定在固定板上，滑台气缸导向柱上滑动安装有滑块，所述滑块侧面固定安装有喷头固定板；所述滑台气缸通入正压时，滑块带动喷头固定板竖直向下运动，所述滑台气缸通入负压时，滑块带动喷头固定板竖直向上运动。

6、进一步地，细胞微球3d打印喷头还包括第二移动装置，所述第二移动装置包括连接块和移动杆，所述移动杆一端与平面电机丝杆固定连接，移动杆另一端与连接块一侧固定连接，所述连接块另一侧与固定块顶部固定连接。

7、更进一步地，细胞微球3d打印喷头还包括打印皿和气管，所述打印皿放置在针头正下方，打印皿内通过隔板分隔为培养区和打印区；所述气管一端与气泵气口固定连接，另一端与针筒顶部固定连接，在打印时气泵通过气管为针筒内提供正压或负压。

8、具体的，所述针头长度大于针头套长度，针头外径小于针头套内径，所述针头与针头套安装轴共线。

9、一种采用如上述细胞微球3d打印喷头的细胞微球3d打印方法，包括以下步骤：

10、步骤1、针头运动到打印皿内的细胞微球上方，并在第一移动装置的带动下向下运动，直至针头从针头套中伸出；

11、步骤2、针头抓取细胞微球；

12、步骤3、针头在第一移动装置的带动下向上运动，直至针头缩进针头套内；

13、步骤4、针头在第二移动装置的带动下运动到打印区；

14、步骤5、针头在第一移动装置的带动下向下运动，直至针头从针头套中伸出；

15、步骤6、针头释放细胞微球；

16、步骤7、重复步骤1-6直至所有细胞微球打印完成。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1、本发明在打印过程中，针头可以平稳处于打印环境之中，保证打印效果稳定。

19、2、通过移动装置、喷头装置和针头套装置的互相配合，细胞微球在被针头吸附时不需要太大的吸力只需要吸附在针头底端即可，这避免了细胞微球需要过大的吸力进入针头内部从而造成细胞微球因挤压力造成的破坏。

20、3、通过移动装置、喷头装置和针头套装置的互相配合，在打印过程中，针头吸取细胞微球后进入针头套之中，此时由于针头套的保护作用，在运动过中减少了外界对细胞微球的作用力，这避免了对细胞微球造成的破坏。

技术特征：

1.一种细胞微球3d打印喷头，其特征在于，包括固定板（1）、针筒（2）、喷头固定板（3）、针头（4）、针头套固定板（5）、针头套（6）和第一移动装置（7），所述第一移动装置（7）固定端固定安装在固定板（1）上，第一移动装置（7）移动端上固定安装有喷头固定板（3），所述喷头固定板（3）板身竖直方向挖有通孔，所述针筒（2）上端固定安装于喷头固定板（3）上的通孔内，针筒（2）下端连接有针头（4），所述固定板（1）底部在针筒（2）下方靠近针筒（2）与针头（4）连接处的高度固定安装有针头套固定板（5），所述针头套固定板（5）板身竖直方向对应针头（4）所在位置设有贯通至针头套固定板（5）底部的针孔，所述针头套固定板（5）底面对应针孔所在位置固定连接有针头套（6），所述针头（4）一端与针筒（2）底部固定连接，针头（4）另一端穿过针头套固定板（5）上的针孔进入到针头套（6）内，并随着第一移动装置（7）移动端在竖直方向上运动。

2.根据权利要求1所述的一种细胞微球3d打印喷头，其特征在于，所述第一移动装置（7）为螺杆式移动装置，包括步进电机（8）、螺杆固定板（9）、移动板（10）和螺杆（11），所述螺杆固定板（9）共有两块，分别一上一下固定安装在固定板（1）上，位于上方的螺杆固定板（9）上固定安装有步进电机（8），位于下方的螺杆固定板（9）安装位置在针头套固定板（5）上方，所述螺杆（11）沿竖直方向转动安装于两块螺杆固定板（9）之间，所述步进电机（8）转轴与螺杆（11）顶部固定连接，所述移动板（10）转动安装于两块螺杆固定板（9）之间的螺杆（11）上，所述移动板（10）侧面固定安装有喷头固定板（3），所述步进电机（8）启动后，带动与步进电机（8）转轴连接的螺杆（11）转动，进而使移动板（10）沿螺杆（11）在竖直方向上运动。

3.根据权利要求1所述的一种细胞微球3d打印喷头，其特征在于，所述第一移动装置（7）为滑台气缸式移动装置，包括滑块（15）和滑台气缸（16），所述滑台气缸（16）底座固定在固定板（1）上，滑台气缸（16）导向柱上滑动安装有滑块（15），所述滑块（15）侧面固定安装有喷头固定板（3）；所述滑台气缸（16）通入正压时，滑块（15）带动喷头固定板（3）竖直向下运动，所述滑台气缸（16）通入负压时，滑块（15）带动喷头固定板（3）竖直向上运动。

4.根据权利要求1所述的一种细胞微球3d打印喷头，其特征在于，还包括第二移动装置（12），所述第二移动装置（12）包括连接块（17）和移动杆（18），所述移动杆（18）一端与平面电机丝杆固定连接，移动杆（18）另一端与连接块（17）一侧固定连接，所述连接块（17）另一侧与固定板（1）顶部固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种细胞微球3d打印喷头，其特征在于，还包括打印皿（13）和气管（14），所述打印皿（13）放置在针头（4）正下方，打印皿（13）内通过隔板分隔为培养区和打印区；所述气管（14）一端与气泵气口固定连接，另一端与针筒（2）顶部固定连接，在打印时气泵通过气管（14）为针筒（2）内提供正压或负压。

6.根据权利要求1所述的一种细胞微球3d打印喷头，其特征在于，所述针头（4）长度大于针头套（6）长度，针头（4）外径小于针头套（6）内径，所述针头（4）与针头套（6）安装轴共线。

7.一种采用如权利要求1-5任一项所述细胞微球3d打印喷头的细胞微球3d打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种细胞微球3D打印喷头及打印方法，打印喷头包括固定板，移动装置，喷头装置，针头套装置；其中移动装置固定在固定板上；喷头装置安装在移动装置上，其中喷头装置包括喷头固定板、针筒以及安装于针筒上的针头，在移动装置的带动下喷头可上下移动，针头安装在喷头固定板上；针头套装置包含针头套固定板和针头套，针头套固定板固定在固定板上，针头套固定于针头套固定板上。本发明通过移动装置、喷头装置和针头套装置的互相配合，使细胞微球在打印过程中不会因为受到外界力的作用而被破坏或脱落，保证打印效果稳定。技术研发人员：周奎,徐景荣,雷敏,艾凡荣,李玉龙,曾佳琪,曹传亮,李文超受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27