一种生物3D打印系统技术方案

本发明专利技术属于3D打印技术领域，特别涉及一种生物3D打印系统，包括喷头、扰动机构、检测机构、分选机构、堆积平台及运动机构，其中喷头用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；扰动机构用于扰动颗粒混合液，使喷头喷出的颗粒混合液呈时间和空间上的周期分布；检测机构用于检测喷头1喷出的颗粒混合液中的颗粒；分选机构用于按照检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；经过分选机构分选出符合要求的液滴在堆积平台上堆积成所需的形状；运动机构可使喷头与堆积平台进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。本发明专利技术可实现对细胞或其他颗粒状材料的精准控制，且打印通量大，可实现高密度打印。

A biological 3D printing system

The invention belongs to the field of 3D printing technology, especially a biological 3D printing system, which includes a sprinkler, a disturbing mechanism, a detection mechanism, a sorting mechanism, a stacking platform and a moving mechanism, in which the nozzle is used to spray a droplet or a cylindrical particle mixture, and the disturbance mechanism is used to perturb the mixture of particles to make the particles mixed out of the nozzle. The liquid is distributed in time and space, and the detection mechanism is used to detect the particles in the mixed liquid of the sprinkler 1. The separation mechanism is used to offset the desired droplets according to the particle information detected by the detection mechanism, so as to obtain the desired droplets. The stacking platform is accumulated as the required shape; the motion mechanism can make the nozzle move relative to the stacking platform, so that the particles can be set in space to set the shape of the accumulation. The invention can realize precise control of cells or other granular materials, and has large printing flux, and can realize high density printing.

【技术实现步骤摘要】
一种生物3D打印系统
本专利技术属于3D打印
，特别涉及一种生物3D打印系统，用于支架3D打印、细胞3D打印、组织3D打印或器官3D打印。
技术介绍
生物3D打印技术是结合3D打印技术与生物制造技术的一种新技术，目前生物打印技术主要集中于挤出式的打印方法，该方法在打印细胞时，细胞受到的剪切力大伤害大，无法精准控制细胞排布，且无法实现细胞的高密度打印。而实际的生物器官多结构复杂精细，粗放式打印方法在生物制造技术的发展中势必会行不通。因此，目前急需一种既能实现对细胞的精准控制，又能实现高通量3D打印的打印技术及设备。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种生物3D打印系统，用以实现对细胞的精准控制，又能实现高通量3D打印。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种生物3D打印系统，包括喷头、扰动机构、检测机构、分选机构、堆积平台及运动机构，其中，所述喷头用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；所述扰动机构设置于所述喷头上，所述扰动机构用于扰动颗粒混合液，使所述喷头喷出的颗粒混合液呈时间和空间上的周期分布；所述检测机构设置于所述喷头的末端，所述检测机构用于检测所述喷头喷出的颗粒混合液中是否含有颗粒或含有何种颗粒；所述分选机构设置于所述检测机构的下方，所述分选机构用于按照所述检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；所述堆积平台设置于所述分选机构的下方，经过所述分选机构分选出符合要求的液滴在所述堆积平台上堆积成所需的形状；所述运动机构可使喷头与所述堆积平台进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。所述喷头上设有流道，所述流道的上端连接有样品入口，下端连接有喷嘴，由所述样品入口处插入进样针，所述喷头上设有与所述流道连通的鞘液入口。所述扰动机构为压电陶瓷，所述压电陶瓷嵌设于所述喷头外表面上设有的环槽内。所述检测机构包括光源、光学调整装置及光学探测器，其中光源和光学探测器设置于所述喷头下端的探测区域的两侧，所述光学调整装置设置于所述光源的前端，用于将所述光源发射的激光聚焦到所述探测区域内，所述光学探测器用于对所述探测区域内的颗粒进行检测。所述分选机构包括由上至下设置的充电电极和偏转电极，所述充电电极用于对液滴进行充电，所述偏转电极用于对带电荷的液滴进行偏转。所述充电电极为环形结构。所述运动机构为三轴运动平台，所述三轴运动平台与所述堆积平台或所述喷头连接。所述生物3D打印系统还包括设置于所述偏转电极下方的回收装置，所述回收装置用于回收所述分选机构分选后不符合要求的液滴。所述回收装置包括回收槽和回收泵，所述回收泵用于回收所述回收槽内的混合液。本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术可实现对细胞或其他颗粒状材料的精准控制，且打印通量大，可实现高密度打印。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图中：1为喷头，2为鞘液入口，3为样品入口，4为压电陶瓷，5为充电电极，6为偏转电极，7为回收装置，8为堆积平台，9为探测区域，10为光源，11为光学探测器，12为激光，13为光学调整装置，14为喷嘴，15为进样针。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。如图1所示，本专利技术提供的一种生物3D打印系统，包括喷头1、扰动机构、检测机构、分选机构、堆积平台8及运动机构，其中喷头1用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；扰动机构设置于喷头1上，扰动机构用于扰动颗粒混合液，使喷头1喷出的颗粒混合液呈时间和空间上的周期分布；检测机构设置于喷头1的末端，检测机构用于检测喷头1喷出的颗粒混合液中是否含有颗粒或含有何种颗粒；分选机构设置于检测机构的下方，分选机构用于按照检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；堆积平台8设置于分选机构的下方，经过分选机构分选出符合要求的液滴在堆积平台8上堆积成所需的形状；运动机构可使喷头1与堆积平台8进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。喷头1上设有上下贯通的流道，流道的上端为样品入口3，下端为喷嘴14，样品入口3处插设有进样针15，喷头1的侧壁上沿径向设有与流道贯通的鞘液入口2。进一步地，进样针15插入至喷嘴14附近。喷头1内的腔体承纳颗粒混合液，提供压力入口与喷嘴，使颗粒混合液从喷嘴14喷出，呈现液滴状或柱状，下落过程中最终形成液滴状。本专利技术的一实施例中，扰动机构为压电陶瓷4，压电陶瓷4嵌设于喷头1外表面上设有的环槽内。所述检测机构包括光源10、光学调整装置13及光学探测器11，其中光源10和光学探测器11设置于喷头1下端的探测区域9的两侧，光学调整装置13设置于光源10的前端，用于将光源10发射的激光12聚焦到探测区域9内，光学探测器11用于对探测区域9内的颗粒进行检测。光学调整装置13为实现聚焦的透镜组。所述检测机构可以为使用聚焦机构配合激光原理的检测机构，也可以为使用库尔特原理的检测机构。分选机构按照检测机构检测的颗粒信息，使得混合液从喷嘴14喷出形成液滴状后，按照需求对特定液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴。所述分选机构可以为使用电场偏转原理的分选机构，也可以为使用超声、震动或气压原理的分选机构。本专利技术的一实施例中，分选机构包括由上至下设置的充电电极5和偏转电极6，充电电极5用于对液滴进行充电，偏转电极6用于对带电荷的液滴进行偏转。进一步地，充电电极5为环形结构，以便液滴的偏转。运动机构为三轴运动平台，三轴运动平台与堆积平台8连接，以驱动堆积平台8沿三轴运动；或者三轴运动平台与喷头1连接，以驱动喷头沿三轴运动。进一步地，所述生物3D打印系统还包括设置于偏转电极6下方的回收装置7，回收装置7用于回收分选机构分选后不符合要求的液滴。回收装置7包括回收槽和回收泵，所述回收泵用于回收回收槽内的混合液。颗粒直径一般为0.1μm-1000μm。所述颗粒包括但不限于细胞、细胞团、生物高分子团、细胞包埋团、细胞团包埋团、生物高分子包埋团。本专利技术的工作原理是：将颗粒混合于液体中，通过进样针15从喷头样品入口3送入，鞘液经由喷头1的鞘液入口2送入，调节样品液与鞘液流速，使得样品液形成聚焦效果，然后样品液与鞘液一同由喷嘴14喷出。由光源10发出的激光12经由光学调整装置13后，聚焦在样品液聚焦后的探测区域9处进行检测，光学探测器11可以检测到颗粒的尺寸、结构、速度等信息，控制系统根据这些信息进行接下来的分选。喷头1安装的压电陶瓷4作为扰动机构在液体处形成扰动，使液体在喷出后形成时间和空间上的周期分布，在液滴分离时刻，控制系统会在环形充电电极5上加载一定的电压，这时喷出的液体会感应出一定量的电荷，液滴形成并分离后，液滴上便携带了一定量的电荷。带有电荷的液滴经由偏转电极6时，由于电场力的作用，液滴路线会发生偏折，一部分液滴通过回收装置7进行回收，另外一部分落到运动平台8上。回收装置7拥有一个液体槽，液滴射入液体槽后通过真空泵或蠕动泵回收。通过运动机构的运动液滴会形成特定形状的堆积。综上所述，混合有细胞的液体经由腔体喷射出，被扰动系统所扰动形成空间、时间上稳定的液滴。检测系统允许测量经过检测区域内的细胞或其他颗粒的位置和速度。分选系统可以针对特定的液滴，使之按特定的需求偏移原始轨道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物3D打印系统，其特征在于，包括喷头(1)、扰动机构、检测机构、分选机构、堆积平台(8)及运动机构，其中，所述喷头(1)用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；所述扰动机构设置于所述喷头(1)上，所述扰动机构用于扰动颗粒混合液，使所述喷头(1)喷出的颗粒混合液呈时间和空间上的周期分布；所述检测机构设置于所述喷头(1)的末端，所述检测机构用于检测所述喷头(1)喷出的颗粒混合液中是否含有颗粒或含有何种颗粒；所述分选机构设置于所述检测机构的下方，所述分选机构用于按照所述检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；所述堆积平台(8)设置于所述分选机构的下方，经过所述分选机构分选出符合要求的液滴在所述堆积平台(8)上堆积成所需的形状；所述运动机构可使喷头(1)与所述堆积平台(8)进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。

【技术特征摘要】
1.一种生物3D打印系统，其特征在于，包括喷头(1)、扰动机构、检测机构、分选机构、堆积平台(8)及运动机构，其中，所述喷头(1)用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；所述扰动机构设置于所述喷头(1)上，所述扰动机构用于扰动颗粒混合液，使所述喷头(1)喷出的颗粒混合液呈时间和空间上的周期分布；所述检测机构设置于所述喷头(1)的末端，所述检测机构用于检测所述喷头(1)喷出的颗粒混合液中是否含有颗粒或含有何种颗粒；所述分选机构设置于所述检测机构的下方，所述分选机构用于按照所述检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；所述堆积平台(8)设置于所述分选机构的下方，经过所述分选机构分选出符合要求的液滴在所述堆积平台(8)上堆积成所需的形状；所述运动机构可使喷头(1)与所述堆积平台(8)进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。2.根据权利要求1所述的生物3D打印系统，其特征在于，所述喷头(1)上设有流道，所述流道的上端连接有样品入口(3)，下端连接有喷嘴(14)，由所述样品入口(3)处插入进样针(15)，所述喷头(1)上设有与所述流道连通的鞘液入口(2)。3.根据权利要求1所述的生物3D打印系统，其特征在于，所述扰动机构为压电陶瓷(4)，所述压电陶瓷(4)嵌设于所述喷头(1)外表面上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雄飞，李松，朱慧轩，王赫然，胡延旭，王强，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21