CN109822889B - 一种多通道3d打印喷头及其制备方法、细胞/生物墨水输送系统 - Google Patents
一种多通道3d打印喷头及其制备方法、细胞/生物墨水输送系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种多通道3D打印喷头，属于3D打印技术领域。本发明的所述多通道3D打印喷头包括多根毛细管和一个外层套管，所述毛细管之间通过胶黏剂连接置于外层套管内部；所述毛细管的内径独立地为10～100μm，所述毛细管的壁厚独立地为10～30μm。本发明提供的多通道喷头的毛细管内径小、壁薄；可同时打印10种细胞/生物墨水中的任意一种或多种；打印出的细胞/生物墨水复合体连接紧密、衔接性好，且具有优异的生物活性。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种多通道3D打印喷头及其制备方法、细胞/生物墨水输送系统。
背景技术
活细胞3D打印是实现人体组织和器官再生重建的前沿技术。目前，活细胞3D打印制备人体类组织和类器官时，所采用的喷头多为单喷头单通道结构。但是人体组织和器官由多种细胞和多种细胞外基质组成，为了通过活细胞打印技术更加精准构建组织和器官，需要能够同时打印多种细胞和多种生物墨水的多通道喷头。要求通过开启和关闭不同通道，能够实现打印任意一种或多种细胞和生物墨水，通道切换没有时间差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多通道3D打印喷头及其制备方法、细胞/生物墨水输送系统。本发明提供的多通道3D打印喷头可以同时打印多种细胞和生物墨水，且不同细胞和不同生物墨水之间互不影响，衔接性好，同时具有优异的生物性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种多通道3D打印喷头，所述多通道3D打印喷头包括多根毛细管和一个外层套管，所述毛细管之间通过胶黏剂连接置于外层套管内部；所述毛细管的内径独立地为10～100μm，所述毛细管的壁厚独立地为10～30μm。
优选地，所述外层套管的直径为0.5～1.5mm。
优选地，所述毛细管的数量为2～10根。
优选地，所述毛细管和外层套管的材质为玻璃、陶瓷、金属或高分子。
本发明还提供了上述技术方案所述多通道3D打印喷头的制备方法，包括以下步骤：
将多根毛细管通过胶黏剂黏连固定于套管内部，得到多通道3D打印喷头。
本发明还提供了一种基于上述技术方案所述多通道3D打印喷头的生物墨水输送系统，包括依次相连的气压系统、细胞/生物墨水容器和所述多通道3D打印喷头，所述细胞/生物墨水容器通过软管与所述多通道3D打印喷头的毛细管连通。
本发明提供了一种多通道3D打印喷头，所述多通道3D打印喷头包括多根毛细管和一个外层套管，所述毛细管之间通过胶黏剂连接置于外层套管内部；所述毛细管的内径独立地为10～100μm，所述毛细管的壁厚独立地为10～30μm。本发明提供的多通道3D打印喷头的毛细管内径小、壁薄；打印出的细胞/生物墨水连接紧密、衔接性好，且具有优异的生物活性。
附图说明
图1为本发明提供的多通道3D打印喷头的结构示意图；
图2为本发明提供的多通道3D打印喷头的横截面示意图；
图3为本发明提供的细胞/生物墨水输送系统；
图3中，1为多通道3D打印喷头，2为软管，3为细胞/生物墨水容器，4为气压系统。
具体实施方式
本发明提供了一种多通道3D打印喷头，所述多通道3D打印喷头包括多根毛细管和一个外层套管，所述毛细管之间通过胶黏剂连接置于外层套管内部；所述毛细管的内径独立地为10～100μm，所述毛细管的壁厚独立地为10～30μm。
图1为本发明提供的多通道3D打印喷头的结构示意图；由多根毛细管和一根外层套管构成。
图2为本发明提供的多通道3D打印喷头的横截面示意图；其中每个圆圈代表一根毛细玻璃管，虚线代表外层套管。
在本发明中，所述多通道3D打印喷头包括多根毛细管和一个外层套管，所述毛细管之间通过胶黏剂连接固定于外层套管内部。
在本发明中，所述毛细管的内径独立地为10～100μm，优选为20～90μm，更优选为30～80μm。在本发明中，所述毛细管的壁厚独立地为10～30μm，优选为15～25μm，更优选为20μm。在本发明中，所述外层套管的直径优选为0.5～1.5mm。本发明对所述毛细管的数量没有特殊的限定，本领域技术根据实际需要进行选择即可，优选包括2～10根。
在本发明中，所述毛细管和外层套管的材质优选为玻璃、陶瓷、金属或高分子。本发明对毛细管之间的胶黏剂种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的胶黏剂即可，具体的，如520速干胶。
本发明提供的多通道3D打印喷头的毛细管内径小、壁薄；打印出的生物墨水连接紧密、衔接性好，且具有优异的生物活性。
本发明还提供了上述技术方案所述多通道3D打印喷头的制备方法，包括以下步骤：
将多根毛细管通过胶黏剂黏连固定于外层套管内部，得到所述多通道3D打印喷头。
本发明还提供了基于上述技术方案所述多通道3D打印喷头的细胞/生物墨水输送系统，包括依次相连的气压系统、细胞/生物墨水容器和所述多通道3D打印喷头，所述细胞/生物墨水容器通过软管与所述多通道3D打印喷头中的毛细管连通。
图3为本发明提供的细胞/生物墨水输送系统；其中，1为多通道3D打印喷头，2为软管，3为生物/墨水容器，4为气压系统；储存于细胞/生物墨水容器中的细胞/生物墨水在气压系统的推动下，经软管，进入多通道3D打印喷头。
本发明对所述软管的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的医用软管即可。本发明对细胞/生物墨水容器的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的细胞/生物墨水盛放容器即可。本发明对细胞/生物墨水的组成没有具体的限定，本领域技术人员根据实际需要进行选择即可。
本发明提供的细胞/生物墨水输送系统基于多通道3D打印喷头，可以同时将多种细胞和生物墨水进行打印，操作简单便捷。
下面结合实施例对本发明提供的多通道3D打印喷头及其制备方法、细胞/生物墨水输送系统进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种多通道3D打印喷头：所述多通道3D打印喷头包括5根毛细管和一个外层套管，所述5根毛细管之间通过胶黏剂连接固定于外层套管内部；所述毛细玻璃管的内径为50μm，所述毛细管的壁厚为20μm；所述外层套管的直径为0.8mm。
一种基于上述多通道3D打印喷头的细胞/生物材料输送系统，包括依次相连的气压系统、细胞/生物材料容器和所述多通道3D打印喷头，所述细胞/生物材料容器通过软管与所述多通道3D打印喷头中的毛细管连通。
将本实施例的细胞/生物墨水输送系统安装到3D打印机中，对细胞/生物墨水进行打印；其中五个细胞/生物材料容器中盛装的细胞/生物墨水分别为：细胞1：心肌细胞，生物墨水1：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度5wt％；细胞2：成纤维细胞，生物墨水2：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度10wt％；细胞3：血管上皮细胞，生物墨3：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度15wt％；细胞4：神经干细胞，生物墨水4：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓20wt％；细胞5：脂肪细胞，生物墨水5：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度25wt％；细胞1/生物墨水1的压力为30psi，细胞2/生物墨水2的压力为35psi，细胞3/生物墨水3的压力为40psi，细胞4/生物墨水4的压力为45psi，细胞5/生物墨水5的压力为50psi。
打印参数为：3D打印机喷头的移动速度为300mm/min，生物墨水的挤出速度为300mm/min，紫外光的波长为315nm，紫外光的光照强度为850mw/cm2。得到的加载细胞的水凝胶压缩模量120kPa；打印完成后，细胞存活率达到87％，培养7天后，细胞存活率达到90％。
实施例2
一种多通道3D打印喷头：所述多通道3D打印喷头包括10根毛细管和一个外层套管，所述10根毛细管之间通过胶黏剂连接固定于外层套管内部；所述毛细管的内径为50μm，所述毛细管的壁厚为20μm；所述外层套管的直径为0.8mm。
一种基于上述多通道3D打印喷头的生物细胞/生物墨水输送系统，包括依次相连的气压系统、细胞/生物材料容器和所述多通道3D打印喷头，所述细胞/生物墨水容器通过软管与所述多通道3D打印喷头中的毛细管连通。
将本实施例的细胞/生物墨水输送系统安装到3D打印机中，对细胞/生物墨水进行打印；细胞1：成骨细胞，生物墨水1：海藻酸钠溶液，浓度5wt％；细胞2：成纤维细胞，生物墨水2：海藻酸钠溶液，浓度4wt％；细胞3：骨髓基质干细胞细胞，生物墨水3：海藻酸钠，浓度3wt％；细胞4：软骨细胞，生物墨水4：海藻酸钠溶液，浓度3wt％；细胞5：血管上皮细胞，生物墨水5：海藻酸钠溶液，浓度2wt％。细胞6：平滑肌细胞，生物墨水6：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度5wt％；细胞：7破骨细胞，生物墨水7：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度10wt％；细胞8：柱状上皮细胞，生物墨8：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度15wt％；细胞9：神经干细胞，生物墨水9：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓20wt％；细胞10：脂肪细胞，生物墨水10：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度25wt％。细胞1/生物墨水1的压力为50psi，细胞2/生物墨水2的压力为40psi，细胞3/生物墨水3的压力为35psi，细胞4/生物墨水4的压力为30psi，细胞5/生物墨水5的压力为25psi，细胞6/生物墨水6的压力为30psi，细胞7/生物墨水7的压力为35psi，细胞8/生物墨水8的压力为40psi，细胞9/生物墨水9的压力为45psi，细胞10/生物墨10的压力为50psi。
打印参数为：3D打印机喷头的移动速度为350mm/min，生物墨水的挤出速度为350mm/min，紫外光的波长为365nm，紫外光的光照强度为800mw/cm2。得到的加载细胞的水凝胶压缩模量130kPa；打印完成后，细胞存活率达到85％，培养7天后，细胞存活率达到88％。
实施例3
一种多通道3D打印喷头：所述多通道3D打印喷头包括8根毛细管和一个外层套管，所述8根毛细管之间通过胶黏剂连接固定于外层套管内部；所述毛细管的内径为80μm，所述毛细管的壁厚为30μm，所述外层套管的直径为1mm。
一种基于上述多通道3D打印喷头的细胞/生物墨水输送系统，包括依次相连的气压系统、细胞/生物墨水容器和所述多通道3D打印喷头，所述细胞/生物墨水容器通过软管与所述多通道3D打印喷头中的毛细玻璃管连通。
将本实施例的细胞/生物墨水输送系统安装到3D打印机中，对细胞/生物墨水进行打印；其中八个细胞/生物墨水容器中盛装的细胞/生物墨水分别为：细胞1：成骨细胞，生物墨水1：透明质酸溶液，浓度10wt％；细胞2：成纤维细胞，生物墨水2：透明质酸溶液，浓度8wt％；细胞3：骨髓基质干细胞细胞，生物墨水3：透明质酸溶液，浓度7wt％；细胞4：软骨细胞，生物墨水4：透明质酸溶液，浓度6wt％；细胞5：血管上皮细胞，生物墨水5：透明质酸溶液，浓度5wt％。细胞6：平滑肌细胞，生物墨水6：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度5wt％；细胞7：破骨细胞，生物墨水7：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度10wt％；细胞8：柱状上皮细胞，生物墨水8：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度15wt％；细胞1/生物墨水1的压力为50psi，细胞2/生物墨水2的压力为40psi，细胞3/生物墨水3的压力为35psi，细胞4/生物墨水4的压力为30psi，细胞5/生物墨水5的压力为25psi，细胞6/生物墨水6的压力为30psi，细胞7/生物墨水7的压力为35psi，细胞8/生物墨水8的压力为40psi。
打印参数为：3D打印机喷头的移动速度为200mm/min，生物墨水的挤出速度为200mm/min，紫外光的波长为315nm，紫外光的光照强度为900mw/cm2。得到的加载细胞的水凝胶压缩模量110kPa；打印完成后，细胞存活率达到88％，培养7天后，细胞存活率达到92％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种基于多通道3D打印喷头的细胞/生物墨水输送系统的3D打印方法，其特征在于，所述多通道3D打印喷头包括8根毛细管和一个外层套管，所述8根毛细管之间通过胶黏剂连接固定于外层套管内部；所述毛细管的内径为80μm，所述毛细管的壁厚为30μm，所述外层套管的直径为1mm；所述细胞/生物墨水输送系统包括依次相连的气压系统、细胞/生物墨水容器和所述多通道3D打印喷头，所述细胞/生物墨水容器通过软管与所述多通道3D打印喷头中的毛细玻璃管连通；
所述打印方法步骤如下：将细胞/生物墨水输送系统安装到3D打印机中，对细胞/生物墨水进行打印；其中八个细胞/生物墨水容器中盛装的细胞/生物墨水分别为：细胞1：成骨细胞，生物墨水1：透明质酸溶液，浓度10wt％；细胞2：成纤维细胞，生物墨水2：透明质酸溶液，浓度8wt％；细胞3：骨髓基质干细胞，生物墨水3：透明质酸溶液，浓度7wt％；细胞4：软骨细胞，生物墨水4；透明质酸溶液，浓度6wt％；细胞5：血管上皮细胞，生物墨水5：透明质酸溶液，浓度5wt％；细胞6：平滑肌细胞，生物墨水6：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度5wt％；细胞7：破骨细胞，生物墨水7：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度10wt％；细胞8：柱状上皮细胞，生物墨水8：甲基丙烯酰化明胶溶液，浓度15wt％；细胞1/生物墨水1的压力为50psi，细胞2/生物墨水2的压力为40psi，细胞3/生物墨水3的压力为35psi，细胞4/生物墨水4的压力为30psi，细胞5/生物墨水5的压力为25psi，细胞6/生物墨水6的压力为30psi，细胞7/生物墨水7的压力为35psi，细胞8/生物墨水8的压力为40psi；
打印参数为：3D打印机喷头的移动速度为200mm/min，生物墨水的挤出速度为200mm/min，紫外光的波长为315nm，紫外光的光照强度为900mw/cm2，得到的加载细胞的水凝胶压缩模量110kPa。
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