一种便携式智能原位生物3D打印装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种便携式智能原位生物3D打印装置及方法，包括：机架以及安装在所述机架上的3D打印模块、循环培养模块、显微检测模块及集成处理模块；所述3D打印模块用于将生物墨水挤出或喷出并打印呈3D模型；所述循环培养模块用于对素数3D模块进行3D模型进行细胞培养；所述显微镜检测模块用于对打印和培养过程进行跟踪观察；所述集成处理模块与所述3D打印模块、循环培养模块以及显微镜检测模块电连接，并分别控制所述3D打印模块、循环培养模块以及显微镜检测模块动作。所述便携式智能原位生物3D打印装置能够避免环境波动和人工操作的干扰，高细胞存活率的同时，从而提高生物3D打印相关的研究的成功率。相关的研究的成功率。相关的研究的成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式智能原位生物3D打印装置及方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种便携式智能原位生物3D打印装置及方法。

技术介绍

[0002]生物3D打印是以计算机三维模型为“图纸”，装配特制“生物墨水”，最终制造出人造器官和生物医学产品的新科技手段。
[0003]目前生物3D打印主要有三种打印方式：挤压成型生物打印(extrusion
‑
based bioprinting，简称EBB)，液滴喷射生物打印(droplet
‑
based bioprinting或inkjet，简称DBB)，和激光辅助生物打印(Laser
‑
based bioprinting，简称LBB)。生物3D打印技术具有可量身定制性，结构和孔隙可控性以及可复合多种材料等特性。该技术也为许多具有突破性的治疗方案及设备的专利技术提供了技术支持。
[0004]生物3D打印相关的研究一般分为：3D打印含细胞结构、将结构进行培养、显微镜观察所打印结构等三个主要的环节。
[0005]在第一个环节中，即3D打印含细胞结构，现有的生物3D打印设备通道结构尺寸较大，只能在室温下(25℃左右)进行，而细胞最适宜的温度为37℃左右，如进行较长时间(如1小时以上)的含细胞生物材料打印，室内环境也往往难以提供最适宜细胞生长的稳定的CO2水平(5％)，恒定的酸碱度(7.2
‑
7.4)、高相对饱和湿度(95％)等环境，这将使得细胞的存活性受到较大的影响，细胞的存活率不高，从而导致实验效果不理想。
[0006]目前的生物3D打印研究的第二个环节，即将结构进行培养，均需要打印结束后人工添加培养液后转移至培养箱等设备进行进一步的细胞培养，转移过程存在着染菌风险。
[0007]第3步，即显微镜观察，对3D打印的结构进行长期的观察，跟踪结构内的细胞变化过程，往往需要将结构从培养箱中反复取出，这个过程对于细胞生长也是有害的。

技术实现思路

[0008]针对上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种便携式智能原位生物3D打印装置，以解决现有的生物3D打印在室温条件下进行，易导致细胞存活率不高的问题，以及现有的生物3D打印需将打印结构转移至培养箱进行培养，转移过程易发生感染的问题，以及现有的生物3D打印需从培养箱中取出进行观察，同样不利于细胞培养等问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0010]一方面本专利技术提供一种便携式智能原位生物3D打印装置，包括：机架以及安装在所述机架上的3D打印模块、循环培养模块、显微检测模块及集成处理模块；
[0011]所述3D打印模块用于将生物墨水挤出或喷出并打印成3D模型；
[0012]所述循环培养模块用于对所述3D模型进行细胞培养；
[0013]所述显微镜检测模块用于对打印和培养过程进行跟踪观察；
[0014]所述集成处理模块与所述3D打印模块、循环培养模块以及显微镜检测模块电连
接，并分别控制所述3D打印模块、循环培养模块以及显微镜检测模块动作。
[0015]进一步的，所述3D打印模块包括安装在所述机架上的三维运动模组、组合式成形平台、打印皿、打印皿安装板和喷头模块；
[0016]所述喷头模块安装在所述三维运动模组上，所述三维运动模组控制所述喷头模块分别沿X、Y和Z轴方向移动；
[0017]所述组成式成型平台安装在所述三维运动模组和喷头模块的下方；
[0018]所述打印皿安装板安装在所述组合式成型平台上，用于放置所述打印皿，所述喷头模块将生物墨水喷出至所述打印皿上进行3D打印。
[0019]进一步的，还包括半导体温控装置，所述半导体控温装置安装在所述喷头模块上，用于调节生物墨水的温度，且当所述喷头模块内的生物墨水达到设定温度时，喷出或挤出所述生物墨水至打印皿上以形成3D打印。
[0020]进一步的，所述循环培养模块包括安装架以及安装在所述安装架上的微型蠕动泵、培养液瓶和废液瓶，所述培养液瓶和废液瓶均与所述打印皿之间通过管道连通，所述蠕动泵用于吸取所述培养液瓶中的培养液至所述打印皿中，用于细胞培养以及将所述打印皿中的废液吸取至所述废液瓶中。
[0021]进一步的，所述显微镜检测模块包括平面运动组件以及安装在所述平面运动组件上的显微镜，所述平面运动组件用于带动所述显微镜沿X轴和Y轴方向移动，以使所述显微镜对准所述3D打印模型，所述显微镜对打印和培养过程进行拍摄，并将拍摄的资料储存至所述集成处理模块中。
[0022]进一步的，所述显微镜采用孪生神经网络辅助对焦算法进行对焦。
[0023]进一步的，集成处理模块包括微型处理模块、运动控制板、温度控制器及云端智能处理系统，所述云端智能处理系统用于上传控制指令，并将控制指令发送给所述微型处理模块，微型处理模块控制所述运动控制面板、温度控制器、显微镜检测模块，所述运动控制板接受指令后控制所述三维运动模组运动，所述温度控制器接收指令后控制所述半导体控温装置的控制温度，所述显微镜检测模块接收指令后对所述打印和培养过程进行拍摄并存储，所述云端智能处理系统对存储的资料进行读取和处理并将处理的数据发送给用户终端。
[0024]另一方面，本专利技术提供一种如所述便携式智能原位生物3D打印装置的打印方法，其特征在于，包括步骤：
[0025]将便携式智能原位生物3D打印装置放置在恒温设备中，收到用户指令后微型处理模块启动，控制三维运动模组使得喷头模块移动到组合式成形平台的上方；
[0026]在温度达到设定值后控制喷头模块挤出/喷射出生物墨水到安装在组合式成形平台的打印皿中进行生物打印，挤出或喷出的生物墨水交联固化，喷头模块根据计算机3D模型，打印3D模型；
[0027]生物3D打印流程完成后，所述循环培养模块中的蠕动泵启动吸取培养液瓶中的培养液到所连接的打印皿中用于细胞培养；
[0028]控制显微检测模块移动到用户设定的各个位置，并控制显微镜自动对焦且间隔一定时间自动拍摄一系列的明场/荧光照片及视频文件，并保存在微型处理模块，微型处理模块将拍摄得到的照片及视频文件分类并上传到云端智能处理系统，重复该步骤直至用户终
止实验；
[0029]所述云端智能处理系统处理所述明场/荧光照片及视频文件并生成数据结果，并将所述数据结果发送给用户，用户终端根据所述数据结果进行下一步的实验规划或重新进行实验。
[0030]进一步的，所述用户终端为手机或计算机。
[0031]进一步的，细胞培养2
‑
3天后，蠕动泵吸取打印皿中废液到废液瓶中，之后吸取培养液瓶中的培养液到所连接的打印皿以实现培养液的换液。
[0032]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0033]1、本专利技术提供的便携式智能原位生物3D打印装置结构小巧，方便安装携带，不仅可以放在培养箱等温度CO2适合的环境中，也可以放在冰箱等环境中，也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携式智能原位生物3D打印装置，其特征在于，包括：机架以及安装在所述机架上的3D打印模块、循环培养模块、显微检测模块及集成处理模块；所述3D打印模块用于将生物墨水挤出或喷出并打印成3D模型；所述循环培养模块用于对所述3D模型进行细胞培养；所述显微镜检测模块用于对打印和培养过程进行跟踪观察；所述集成处理模块与所述3D打印模块、循环培养模块以及显微镜检测模块电连接，并分别控制所述3D打印模块、循环培养模块以及显微镜检测模块动作。2.根据权利要求1所述的便携式智能原位生物3D打印装置，其特征在于，所述3D打印模块包括安装在所述机架上的三维运动模组、组合式成形平台、打印皿、打印皿安装板和喷头模块；所述喷头模块安装在所述三维运动模组上，所述三维运动模组控制所述喷头模块分别沿X、Y和Z轴方向移动；所述组成式成型平台安装在所述三维运动模组和喷头模块的下方；所述打印皿安装板安装在所述组合式成型平台上，用于放置所述打印皿，所述喷头模块将生物墨水喷出至所述打印皿上进行3D打印。3.根据权利要求2所述的便携式智能原位生物3D打印装置，其特征在于，还包括半导体温控装置，所述半导体控温装置安装在所述喷头模块上，用于调节生物墨水的温度，且当所述喷头模块内的生物墨水达到设定温度时，喷出或挤出所述生物墨水至打印皿上以形成3D打印。4.根据权利要求2所述的便携式智能原位生物3D打印装置，其特征在于，所述循环培养模块包括安装架以及安装在所述安装架上的微型蠕动泵、培养液瓶和废液瓶，所述培养液瓶和废液瓶均与所述打印皿之间通过管道连通，所述蠕动泵用于吸取所述培养液瓶中的培养液至所述打印皿中，用于细胞培养以及将所述打印皿中的废液吸取至所述废液瓶中。5.根据权利要求2所述的便携式智能原位生物3D打印装置，其特征在于，所述显微镜检测模块包括平面运动组件以及安装在所述平面运动组件上的显微镜，所述平面运动组件用于带动所述显微镜沿X轴和Y轴方向移动，以使所述显微镜对准所述3D打印模型，所述显微镜对打印和培养过程进行拍摄，并将拍摄的资料储存至所述集成处理模块中。6.根据权利要求5所述的便携式智能原位生物3D打印装置，其特征在于，所述显微镜采...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷，熊卓，莫兴武，张真睿，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：