阅读说明：本技术 一种基于pl级压电喷头技术活性干细胞微3d打印装置 (Active stem cell micro 3D printing device based on PL-level piezoelectric nozzle technology ) 是由 周夫之 李跃斌 朱纬 邓肖 于 2019-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及生物细胞3D打印技术领域,具体来说是一种基于PL级压电喷头技术活性干细胞微3D打印装置,其特征在于包括若干压电喷头,若干细胞储液瓶,所述压电喷头的流体通道采用毛细玻璃管与细胞储液瓶连通,高粘度材料挤出装置,采用螺杆式挤出阀,视觉观测装置,由水平观测装置和竖直观测装置组成,水平观测装置用于水平方向压电喷头的细胞打印检测,竖直观测装置用于打印材料的定位打印校准及打印效果检测,其优点在于：使用喷墨打印技术替代传统的挤出式方法进行细胞打印,能够实现挤出式方法无法做到的单细胞打印,同时细胞的精度高,能够做到微米级。(The invention relates to the technical field of biological cell 3D printing, in particular to an active stem cell micro 3D printing device based on a PL-level piezoelectric nozzle technology, which is characterized by comprising a plurality of piezoelectric nozzles and a plurality of cell liquid storage bottles, wherein fluid channels of the piezoelectric nozzles are communicated with the cell liquid storage bottles by capillary glass tubes, a high-viscosity material extrusion device is composed of a horizontal observation device and a vertical observation device by a screw extrusion valve, the horizontal observation device is used for cell printing detection of the piezoelectric nozzles in the horizontal direction, and the vertical observation device is used for positioning printing calibration and printing effect detection of printing materials, and has the advantages that: the ink-jet printing technology is used for replacing the traditional extrusion method to print the cells, single-cell printing which cannot be realized by the extrusion method can be realized, meanwhile, the precision of the cells is high, and micron-scale printing can be realized.)

一种基于PL级压电喷头技术活性干细胞微3D打印装置

技术领域

本发明涉及生物细胞3D打印技术领域，具体来说是一种基于PL级压电喷头技术活性干细胞微3D打印装置。

背景技术

3D打印技术为近年来普及发展的一种快速成型技术，在工业生产中被广泛应用，由于3D打印技术可以基于计算机三维模型进行复杂的图形打印，因此被生物医疗行业作为生物器官的样品打印及活性器官打印的研发设备，适用于装配生物材料或活细胞，体外构建活体组织。传统生物3D打印设备主要采用挤出式的方法进行细胞打印，虽然喷墨打印技术也被使用，但由于厂商的技术限制，喷墨打印技术仅作为一种选择性配置，没有获得有效性的推广。挤出式方法目前被广泛使用，其成型精度为百微米级或毫米级，单个细胞的体积为微米级，挤出式方法无法进行单细胞的精准打印，而喷墨打印技术的打印精度为几十到几百微米，可以获得单细胞的有效打印。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种能够实现单细胞精确打印的活性干细胞微3D打印装置。

为了实现上述目的，设计一种基于PL级压电喷头技术活性干细胞微3D打印装置，其特征在于包括若干压电喷头，若干细胞储液瓶，所述压电喷头的流体通道采用毛细玻璃管与细胞储液瓶连通，高粘度材料挤出装置，采用螺杆式挤出阀，挤出阀控制电机29连接位于电气柜中的控制器，控制器控制电机的旋转速度和方向，挤出阀控制电机29连接传动螺杆31同步转动，促使挤出阀滑块30沿传动螺杆31方向往复运动，储料筒32内部用于储存需要打印的液态材料，注射塞33连接挤出阀滑块30同步运动，将需要打印的液态材料从注射喷嘴34挤出，视觉观测装置，由水平观测装置和竖直观测装置组成，水平观测装置用于水平方向压电喷头的细胞打印检测，竖直观测装置用于打印材料的定位打印校准及打印效果检测。

龙门架安装在安装底板上，竖向运动模组安装板安装在龙门架上，竖向运动模组安装在竖向运动模组安装板上，左侧竖向运动模组滑块能上下移动，用于将单细胞喷墨打印系统上下移动，右侧竖向运动模组滑块能上下移动，用于将高粘度材料挤出系统上下移动，纵向运动模组安装在安装底板上，横向运动模组安装在纵向运动模组滑块上，打印底板安装在横向运动模组滑块上，横向运动模组滑块能左右移动，纵向运动模组滑块能前后移动，横向运动模组和纵向运动模组用于将打印底板前后左右平面移动。

所述的螺杆式挤出阀安装在右侧竖向运动模组滑块上，滑块能上下移动，固化灯安装块安装在在右侧竖向运动模组滑块上，紫外固化灯安装在固化灯安装块上，频闪灯安装在固化灯安装块上，固化灯安装块随右侧竖向运动模组滑块上下移动。

所述左侧竖向运动模组滑块上设有竖向安装板，滑块能上下移动，竖直相机安装块安装在竖向安装板上，竖直变倍镜头安装在竖直相机安装块上，竖直相机安装在竖直变倍镜头上，竖向安装板还设有储液瓶安装架、喷头安装架和空气过滤器，喷头安装架上设有四个喷头安装工位，用于安装压电喷头，储液瓶安装架上设有四个安装工位，用于安装储液瓶，气管连接空气过滤器和细胞储液瓶，液路管连接压电喷头和细胞储液瓶，喷头信号接口安装在竖向安装板上，压电喷头信号线连接喷头信号接口。

所述的竖向运动模组安装板上设有水平相机安装架，水平相机运动模组安装在水平相机安装架上，水平相机安装在水平相机运动模组上，水平镜头安装在水平相机上。

本发明同现有技术相比，其优点在于：使用喷墨打印技术替代传统的挤出式方法进行细胞打印，能够实现挤出式方法无法做到的单细胞打印，同时细胞的精度高，能够做到微米级。

附图说明

图1是本发明结构示意图1；

图2是本发明结构示意图2；

图中：1.左侧Z运动模组 2.右侧Z运动模组 3.螺杆式挤出阀 4.Z运动模组安装板5.龙门架 6.安装底板 7.竖直相机 8.竖直变倍镜头 9.水平相机安装架 10.水平相机运动模组 11.水平相机 12.水平镜头 13.压电喷头 14.喷头安装架 15.打印底板16.X运动模组 17.Y运动模组 18.细胞储液瓶 19.紫外固化灯 20.固化灯安装块21.频闪灯 22.空气过滤器 23.气管 24.储液瓶安装架 25.喷头信号接口 26.液路管 27.竖直相机安装块 28.Z安装板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，这种装置的结构和原理对本专业的人来说是非常清楚的。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2所示一种基于PL级压电喷头技术活性干细胞微3D打印系统包括左侧Z运动模组1、右侧Z运动模组2、Z运动模组安装板4、龙门架5、安装底板6、打印底板15、X运动模组16、Y运动模组17组成的运动控制系统；竖直相机7、竖直变倍镜头8、水平相机安装架9、水平相机运动模组10、水平相机11、水平镜头12组成的视觉观测系统；喷墨喷头13、喷头安装架14、细胞储液瓶18、频闪灯21、空气过滤器22、气管23、储液瓶安装架24、喷头信号接口25、液路管26组成的单细胞喷墨打印系统；及螺杆式挤出阀3、紫外固化灯19、固化灯安装块20组成的高粘度挤出系统。

如图一所示，龙门架5安装在安装底板上，Z运动模组安装板4安装在龙门架5上，左侧Z运动模组1、右侧Z运动模组2安装在Z运动模组安装板4上，左侧Z运动模组1滑块可以上下移动，用于将单细胞喷墨打印系统进行上下移动动作；右侧Z运动模组2滑块可以上下移动，用于将高粘度材料挤出系统进行上下移动动作；Y运动模组17安装在安装底板6上，X运动模组16安装在Y运动模组17滑块上，打印底板15安装在X运动模组16滑块上，X运动模组16滑块可以左右移动，Y运动模组17滑块可以前后移动，X运动模组16和Y运动模组17用于将打印底板15前后左右平面移动。

如图1所示，螺杆式挤出阀3安装在右侧Z运动模组2滑块上，可以上下移动；固化灯安装块20安装在在右侧Z运动模组2滑块上，紫外固化灯19安装在固化灯安装块20上，频闪灯21安装在固化灯安装块20上，固化灯安装块20可跟随右侧Z运动模组2滑块上下移动。

如图1、2所示，Z安装板28安装在左侧Z运动模组1滑块上，可以上下移动；竖直相机安装块27安装在Z安装板28上，竖直变倍镜头8安装在竖直相机安装块27上，竖直相机7安装在竖直变倍镜头8上，竖直变倍镜头8包含同轴光源；储液瓶安装架24安装在Z安装板28上，喷头安装架14安装在Z安装板28上，喷墨喷头13安装在喷头安装架14上，喷头安装架14有四个喷头安装工位用于安装喷头；细胞储液瓶18安装在储液瓶安装架24上，储液瓶安装架24有4个安装工位用于安装储液瓶18,空气过滤器22安装在Z安装板28上，气管23连接空气过滤器22和细胞储液瓶18，液路管26连接喷墨喷头13和细胞储液瓶18，喷头信号接口25安装在Z安装板28上，喷墨喷头13信号线连接喷头信号接口25。

如图1、2所示，水平相机安装架9安装在Z运动模组安装板4上，水平相机运动模组10安装在水平相机安装架9上，水平相机11安装在水平相机运动模组10上，水平镜头12安装在水平相机11上。

操作方法具体如下：

在细胞储液瓶18种添加细胞溶液，通过计算机调节喷墨喷头13的参数，喷墨喷头13会形成稳定的液滴，通过水平相机11、水平镜头12可以观测液滴的状态，本发明优势在于，喷墨喷头11采用单通道喷头，所涉及的管路为特氟龙和毛细玻璃管，可以4种细胞同时进行单程序打印，水平相机11、水平镜头12可以在水平相机安装架的作用下前后移动，可以实施观测4种细胞打印状态；在螺杆式挤出阀3添加材料并通过计算机调节其参数，同过上位机软件编辑运动程序。

挤出阀控制电机连接位于电气柜中的控制器，控制器可以精确控制电机的旋转速度和方向，挤出阀控制电机连接传动螺杆同步转动，促使挤出阀滑块沿传动螺杆方向往复运动，储料筒内部用于储存需要打印的液态材料，注射塞连接挤出阀滑块同步运动，将需要打印的液态材料从注射喷嘴挤出。

螺杆式挤出阀用于打印高粘度的液体材料，配合运动控制系统通过计算机的精确控制，可以实现3D图形打印，该打印的3D模型作为细胞生存的载体，以便后续的喷墨细胞精确打印。