一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片制造技术

本发明专利技术公开一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片。基于3D打印层层精确堆积、一次性成型和打印材料多元化的特点，结合模型切片时可设置不同的填充度，形成不同大小的网状结构，从而完成阵列细胞微球的制备与培养。本发明专利技术具有经济方便且细胞成球均匀等特点，在普通实验室即可制作，克服了超低黏附六孔板成球大小不均一的缺点及商业化阵列成球微孔板价格高昂的局限性。

A fused deposition 3D printing chip for cell microsphere preparation

The invention discloses a fused deposition 3D printing chip for preparing cell microsphere. Based on the characteristics of 3D printing layer by layer accurate stacking, one-time molding and printing material diversification, combined with the model slice, different filling degrees can be set to form different sizes of network structure, so as to complete the preparation and culture of array cell microspheres. The invention has the advantages of economy, convenience and uniform cell spheroidization, which can be made in the ordinary laboratory, overcomes the disadvantage of uneven spheroidization size of ultra-low adhesion six hole plate and the limitation of high price of commercial array spheroidization microporous plate.

【技术实现步骤摘要】
一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片
本专利技术涉及一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，成功在利用熔融堆积成型技术制造的芯片中实现间充质干细胞3D微球的制备与培养，具有高通量、成球大小均一、芯片制作简单、成本低等特点。
技术介绍
三维快速成型打印简称3D打印，又称增材制造，是快速成型技术的一种，综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。其基本原理为：数字分层-物理层积，即首先对被打印对象建立数字模型并进行数字分层，获得每层二维横截面信息、加工路径或轨迹；然后选择合适的打印材料及相应的工艺方式将上述数字信息转化为物理驱动，逐层打印，直至制造出模型实体。与传统的“去除”加工方法和“变性”加工方法相比，3D打印无需事先制造模具，无需在制造过程中取出大量材料，工艺简单，缩短了开发产品的时间，降低成本，被广泛应用于产品原型、模具制作、生物工程与医学以及航空航天等领域。目前，3D快速成型打印领域中已有近20中不同的工艺系统，其中比较典型的有六种，分别是立体光刻（SLA），叠层实体制造（LOM），熔融沉积成型（FDM），选择性激光烧结（SLS），选择性激光熔化（SLM）和三维打印与胶黏（3DP）。FDM是应用最为广泛的打印技术，利用热塑性聚合物在熔融状态下从打印喷头挤出然后冷却凝固成薄层，再一层一层地叠加而成，具有打印设备价格低、打印材料品种多、打印材料利用率高及打印过程不涉及化学变化等优点。聚乳酸（PLA）是最常用的FDM型打印材料，具有可降解性、可加工性、生物相容性好等优良特性，是一种环境友好型热塑性材料。与传统的单层培养技术相比，三维水凝胶细胞培养法能够提供更接近生理状态的组织微环境，促进细胞与细胞和细胞与微生物之间的相互作用，有利于进行对细胞行为、细胞基质与生物分子的产生的研究。但由于外源性人工基质可能会对细胞行为产生影响，比如诱导细胞分化方向、影响细胞增殖与细胞凋亡等，无支架的3D细胞球培养系统引发越来越多的关注。细胞微球成球的均一性程度、细胞球体积等均是影响生物实验的关键因素。对于精度要求较低的实验，利用超低吸附六孔板进行细胞球的培养即可达到实验目的。对于精度要求较高的实验，细胞球体积会对实验结果产生重大影响。尤其涉及重复性试验，细胞球成球均一性是决定实验能否成功的重要因素。基于以上问题，本专利技术设计的根据3D打印机切片时设置填充度不同，可形成不同孔径的网状芯片，成功实现对细胞微球的制备与培养，为癌症诊治、多功能干细胞分化及细胞与周围微环境关系等领域研究提供新的科学技术平台。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片及其制备方法和应用。1.本专利技术的目的是这样实现的，一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，该芯片能根据填充度不同形成不同大小的网状结构，实现细胞微球的制备与培养。所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，利用3D打印技术获取芯片模型，3D打印材料选自聚乳酸（PLA），软性弹性橡胶体（Rubber）或仿玻璃纤维（P-glass）。所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，对打印规律和打印填充度的影响因素进行了考察，并进行3D打印规律总结。所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，采用离心的方法使细胞进入芯片内部，优化离心转速和细胞密度以达到最佳效果。所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，成功实现高通量细胞微球的制备与培养，且细胞微球大小均一。本专利技术所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片的制作方法，包括建模、切片和打印；先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型水平切割成逐层的截面，即切片，将切片得到的信息储存在gcode格式文件中，并发送到3D打印机中指导逐层打印过程，3D打印切片软件充当3D模型和3D打印机之间的中间驱动，负责喷头路径规划、耗材使用量计算以及运行时间计算，具体制作步骤如下：（1）建模利用123DDesign软件构建芯片三维结构，芯片为六边形结构，尺寸为20.0mm×23.09mm×11.55mm；（2）切片用Cura15.02.1软件将芯片模型进行分层切片，选择3D打印材料PLA；设置打印层厚0.1mm；软件自动沿z轴切片得到各层截面的二维轮廓模型，对每层分别进行运算，规划喷头的合理运动路径，将切片所得信息以.gcode格式导入3D打印机；（3）打印3D打印机通过读取文件中的横截面信息，用3D打印材料PLA将这些横截面逐层打印出来，层与层之间紧密粘合，直到一个固态物体成型；具体操作为：开机，进料，调平热床；线材进入具有加热装置的金属喷头，选择需要打印的模型，待喷嘴温度升到190℃后，开始打印；软化了的聚合物材料熔丝从喷头喷出到底板上降温固化成型，每次生成0.1mm厚度的薄层，然后再层层精确堆积粘合成三维实体，从底部逐层生成模型。当打印材料为PLA时，参数设置如下：层高：0.1mm；外壳的壁厚：2mm；底部/顶部厚度：1.2mm；打印温度：190℃；平台温度：50℃；打印速度：30mm/s；填充度从10%~100%。本专利技术上述的方法制作的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片的应用，其特征在于，实现间充质干细胞3D微球的制备与培养，用于细胞成球实验。2.本专利技术所述的细胞微球制备与培养3D打印芯片，根据填充度的不同，形成不同大小的网状结构，且机械重复性好，精密度高。3.本专利技术所述的细胞微球制备与培养3D打印芯片，所用打印材料包括PLA，Rubber和P-glass。4.本专利技术所述的细胞微球制备与培养3D打印芯片中的孔径影响因素包括模具大小，模具形状，层厚及所使用的打印材料。5.本专利技术所述的细胞微球制备与培养3D打印芯片采用离心方法使细胞进入到芯片中各孔腔内部，并对离心转速与细胞密度进行优化。6.本专利技术所述的细胞微球制备与培养3D打印芯片成功实现间充质干细胞3D微球的制备与培养。本专利技术优点:本专利技术克服了目前常用的细胞微球成球方法成球大小不均一、价格昂贵等特点，所用3D打印材料具有良好的生物相容性且价格低廉，能够实现高通量、大小均一的细胞微球成球实验。附图说明图1为本专利技术用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片样品图。（图中：1为芯片边缘；2为芯片孔洞）。图2A为六边形3D打印PLA芯片的孔径随填充度变化柱状图。图2B为六边形3D打印PLA芯片的孔径随填充度变化柱状图。图2C为六边形3D打印PLA芯片的孔径尺寸与填充度的线性关系图。图3为本专利技术芯片孔径随填充度变化的显微镜实物对照图。图4为本专利技术用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片孔径影响因素研究图。图5为本专利技术用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片中离心转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，该芯片能根据填充度不同形成不同大小的网状结构，实现细胞微球的制备与培养。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，该芯片能根据填充度不同形成不同大小的网状结构，实现细胞微球的制备与培养。


2.如权利要求1所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，利用3D打印技术获取芯片模型，3D打印材料选自聚乳酸（PLA），软性弹性橡胶体（Rubber）或仿玻璃纤维（P-glass）。


3.如权利要求2所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，对打印规律和打印填充度的影响因素进行了考察，并进行3D打印规律总结。


4.如权利要求3所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，采用离心的方法使细胞进入芯片内部，优化离心转速和细胞密度以达到最佳效果。


5.如权利要求4所述的一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片，其特征在于，成功实现高通量细胞微球的制备与培养，且细胞微球大小均一。


6.一种用于细胞微球制备的熔融沉积型3D打印芯片的制作方法，包括建模、切片和打印；先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型水平切割成逐层的截面，即切片，将切片得到的信息储存在gcode格式文件中，并发送到3D打印机中指导逐层打印过程，3D打印切片软件充当3D模型和3D打印机之间的中间驱动，负责喷头路径规划、耗材使用量计算以及运行时间计算，具体制作步骤如下：
（1）建模<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱林，刘萌萌，刘辉，郭子珍，雷云，钟瑜，林新华，
申请(专利权)人：福建医科大学，
类型：发明
国别省市：福建;35