一种3D打印生物材料活性原位检测装置和检测方法

本发明涉及3d打印生物材料，尤其是涉及一种3d打印生物材料活性原位检测装置和检测方法。

背景技术：

1、掌握3d打印机种3d打印生物材料中细胞活性以及存活细胞数量是能否保质保量的打印出所需要产品的前提，也是对后续细胞培养的重要参考。

2、对于正在工作的、流动的3d生物打印材料，捕获其中所包含的细胞是比较困难的，其主要难点在于其实时性和准确性，目前所使用的方法多是染色后通过传统显微镜观测。这两种方法更多的用在细胞培养的时候监测细胞活性，其在实际应用中有较大缺陷，具体表现为：(1)细胞的分布是三维的，通过传统的显微镜只能看到细胞在某个平面的分布，因此不能获得所有细胞的信息；(2)传统显微镜不能实时的获得某一时刻打印出的细胞活性，只能在培养的时候监测，难以准确的获得该时刻的细胞信息；(3)细胞是透明的，传统显微镜无法观测到未经染色的细胞，但染色的同时会对细胞造成一定的损伤，难以在细胞健康存活的情况下观察到细胞。

3、经过检索，申请公布号cn113985593a公开了基于3d打印技术的便携式共轴数字全息显微镜及成像方法，具体公开了：该装置包括底座，底座上端连接的支撑板，支撑板上端连接的光源装载槽，光源装载槽内部连接的光源，底座上端连接的物镜，内部连接的反射镜装载台、反射镜、图像传感器，其中图像传感器的信号输出端接入计算机。但该现有技术只公开了显微镜的结构，并未公开如何实现在3d打印时监测细胞的活性。

4、综上所述，如何提供一种可实时监测3d打印生物材料中细胞活性的装置为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的难以实时获得生物材料活性信息的缺陷而提供一种3d打印生物材料活性原位检测装置和检测方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种3d打印生物材料活性原位检测装置，与计算机连接，该检测装置包括生物材料3d打印机，所述生物材料3d打印机包括主体外壳和安装在主体外壳内的移动组件、打印喷头和打印平台，所述打印喷头和打印平台安装在移动组件上，所述打印平台位于打印喷头喷出生物材料的一侧且垂直于打印喷头；其特征在于，所述的检测装置还包括安装在主体外壳内的激光器、光纤、光纤头、可调反射镜和相机；所述光纤两端分别连接激光器和光纤头；所述光纤头上设有准直耦合器，所述光纤头发出的激光穿过打印喷头喷出的生物材料后，经可调反射镜反射，垂直于相机的镜头进入相机；所述相机将拍摄到的图像传入计算机。

4、作为优选的技术方案，该检测装置还包括透镜，所述透镜安装在相机的镜头一侧，所述激光穿过透镜进入相机的镜头。

5、作为优选的技术方案，该检测装置还包括第二支架，所述可调反射镜和相机通过第二支架安装在主体外壳内相对的两个侧面上；所述可调反射镜和相机连线方向垂直于打印喷头。

6、作为优选的技术方案，所述的主体外壳内相对的两个侧面上安装有丝杆，所述第二支架安装在丝杆上并与丝杆配合。

7、作为优选的技术方案，所述的相机为电荷耦合元件相机。

8、作为优选的技术方案，所述的移动组件包括平移组件和升降组件，所述打印喷头安装在平移组件上，随平移组件在x方向和y方向上移动；所述打印平台安装在升降组件上，随升降组件在z方向上移动。

9、作为优选的技术方案，所述的主体外壳上设有穿线孔，所述激光器和相机的电源线和通信线从穿线孔穿出主体外壳分别与电源和计算机连接。

10、作为优选的技术方案，所述的主体外壳上设有透明观察窗。

11、根据本发明的另一个方面，提供了一种3d打印生物材料活性原位检测装置的检测方法，具体包括以下步骤：

12、步骤s101，打印喷头喷出生物材料，垂直打印在打印平台上；

13、步骤s102，激光穿过生物材料，到达可调反射镜，部分激光在穿过生物材料时发生散射；

14、步骤s103，可调反射镜将激光反射至相机，部分散射的激光与未散射的激光干涉形成全息图像；

15、步骤s104，相机采集全息图像并传输至计算机；

16、步骤s105，计算机经过模型重建后得到粒子动态图像。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、1)本发明通过在生物材料3d打印机上设置激光器、可调反射镜和相机等组件实现了对打印喷头喷出的生物材料进行动态检测和原位检测，可以得到生物材料的活性数据；可调反射镜用于调节角度使激光垂直进入相机，准直耦合器用于使激光转换为平面光；

19、2)本发明通过设置固定反射镜，当光纤头发出的激光平行于打印喷头时，固定反射镜可将激光反射至生物打印材料，通过固定反射镜改变激光路径，可节省整体装置的体积；

20、3)本发明设置透镜可放大全息图像，使图像更为清晰；可调反射镜和相机安装在相对的两侧保证光路不被遮挡；设置丝杆可对可调反射镜和相机的位置进行调节；采用电荷耦合元件相机，对光的敏感度更高；

21、4)本发明设置穿线孔，装置内电源线和通信线可便捷地穿出；设置透明观察窗可随时观察生物材料3d打印机内部的情况。

技术特征：

1.一种3d打印生物材料活性原位检测装置，与计算机连接，该检测装置包括生物材料3d打印机，所述生物材料3d打印机包括主体外壳(11)和安装在主体外壳(11)内的移动组件、打印喷头(13)和打印平台(14)，所述打印喷头(13)和打印平台(14)安装在移动组件上，所述打印平台(14)位于打印喷头(13)喷出生物材料的一侧且垂直于打印喷头(13)；其特征在于，所述的检测装置还包括安装在主体外壳(11)内的激光器(2)、光纤(3)、光纤头(4)、可调反射镜(5)和相机(6)；所述光纤(3)两端分别连接激光器(2)和光纤头(4)；所述光纤头(4)上设有准直耦合器，所述光纤头(4)发出的激光穿过打印喷头(13)喷出的生物材料后，经可调反射镜(5)反射，垂直于相机(6)的镜头进入相机(6)；所述相机(6)将拍摄到的图像传入计算机。

2.根据权利要求1所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，该检测装置还包括第一支架(15)和固定反射镜(7)，所述固定反射镜(7)和打印喷头(13)通过第一支架(15)固定在移动组件上；所述光纤头(4)安装在打印喷头(13)一侧且发出的激光平行于打印喷头(13)；所述光纤头(4)发出的激光经固定反射镜(7)反射后穿过打印喷头(13)喷出的生物材料。

3.根据权利要求1所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，该检测装置还包括透镜(8)，所述透镜(8)安装在相机(6)的镜头一侧，所述激光穿过透镜(8)进入相机(6)的镜头。

4.根据权利要求1所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，该检测装置还包括第二支架(16)，所述可调反射镜(5)和相机(6)通过第二支架(16)安装在主体外壳(11)内相对的两个侧面上；所述可调反射镜(5)和相机(6)连线方向垂直于打印喷头(13)。

5.根据权利要求4所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，所述的主体外壳(11)内相对的两个侧面上安装有丝杆(17)，所述第二支架(16)安装在丝杆(17)上并与丝杆(17)配合。

6.根据权利要求1所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，所述的相机(6)为电荷耦合元件相机(6)。

7.根据权利要求1所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，所述的移动组件包括平移组件(121)和升降组件(122)，所述打印喷头(13)安装在平移组件(121)上，随平移组件(121)在x方向和y方向上移动；所述打印平台(14)安装在升降组件(122)上，随升降组件(122)在z方向上移动。

8.根据权利要求1所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，所述的主体外壳(11)上设有穿线孔，所述激光器(2)和相机(6)的电源线和通信线从穿线孔穿出主体外壳(11)分别与电源和计算机连接。

9.根据权利要求1所述的一种3d打印生物材料活性原位检测装置，其特征在于，所述的主体外壳(11)上设有透明观察窗。

10.一种采用权利要求1所述3d打印生物材料活性原位检测装置的检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结本发明涉及一种3D打印生物材料活性原位检测装置和检测方法。检测装置包括生物材料3D打印机、激光器、光纤、光纤头、可调反射镜和相机，生物材料3D打印机包括主体外壳、移动组件、打印喷头和打印平台；光纤连接激光器和光纤头；光纤头上设有准直耦合器，光纤头发出的激光穿过打印喷头喷出的生物材料后，经可调反射镜反射进入相机；相机将拍摄到的图像传入计算机。与现有技术相比，本发明具有通过在生物材料3D打印机上设置激光器、可调反射镜和相机等组件实现了对打印喷头喷出的生物材料进行动态检测和原位检测；可调反射镜用于激光调节角度，准直耦合器用于使激光转换为平面光，固定反射镜用于改变激光路径，节省整体装置的体积等优点。技术研发人员：葛洲,朱靖远,周文静,刘媛媛,于瀛洁受保护的技术使用者：上海大学技术研发日：技术公布日：2024/12/23