CN110004058B - 多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3d打印装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置及方法，装置包括打印装置外壳，在打印装置外壳内设有打印平台，打印平台能够沿X‑Y向运动，打印平台上连接有接收滚筒，接收滚筒和电机连接，接收滚筒的上方设有同轴喷头和熔融静电打印装置，同轴喷头和熔融打印装置均固定在Z轴移动平台上，同轴喷头的内喷头、外喷头分别与精密注射器连接，方法将熔融静电打印技术、熔融挤出成型技术与细胞打印技术相结合，不但可以实现三维管状组织力学性能的按需调节，并且在管状组织的环壁具有微流道，可以及时地为组织中的细胞传递营养物质和代谢废物，并且可以更真实的模拟体内纤维密布生存环境，有利于细胞功能表达。

Description

多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置及方法

技术领域

本发明涉及生物制造与生物3D打印领域，具体涉及多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置及方法。

背景技术

细胞打印是在传统增材制造技术的原理和基础上，以生物材料、活性细胞、生长因子等为打印材料，在体内或体外实现构造具有生物活性的三维细胞体系的先进技术，为组织再生和器官制造提供了一种新的技术手段。其中，利用细胞打印技术构建三维管状结构用以模拟人体尿管、肠管、食管、气管、胆管、血管等管状组织得到了广泛国内外学者的广泛关注。但是现有方法构建的管状组织还存在一些问题：(1)利用细胞打印构建的水凝胶管状组织不能满足人体不同部位管状组织在力学性能上的要求；(2)单纯的水凝胶管状结构不能很好的模拟体内微纳米纤维密布的真实环境；(3)三维管状组织中营养供给输送问题没有得到很好的解决。

通过3D打印技术制造微纳米纤维的方法同样受到了国内外专家学者的广泛关注。利用熔融挤出成型、熔融静电打印等3D打印方法，将具有一定粘度的聚合物挤出成型，并通过层层沉积最终实现三维结构的构建。可用于构建微纳米纤维的材料有很多，从绝缘聚合物到导电聚合物，从非生物材料材料到生物可降解材料，因此该方法在微纳米器件、微纳传感器、组织工程等领域有着广泛的应用前景。

发明内容

为了克服细胞打印构建管状组织的缺点，本发明目的在于提供一种多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置及方法，不但可以实现三维管状组织力学性能的按需调节，并且在管状组织的环壁具有微流道，可以及时地为组织中的细胞传递营养物质和代谢废物，并且利用3D打印方法制造的微纳米纤维可以更真实的模拟体内纤维密布生存环境，有利于细胞功能表达，为人工体外构建组织器官提供了一种新的制造方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置，包括超净实验台1，超净实验台1内部放置打印装置外壳2，在打印装置外壳2内设有打印平台19，打印平台19能够沿X-Y两个方向运动，打印平台19上通过轴承座11连接有接收滚筒14，接收滚筒14的端头和电机10的输出轴连接，接收滚筒14的上方设有同轴喷头13和熔融静电打印装置15，同轴喷头13和熔融打印装置15均固定在Z轴移动平台18上，同轴喷头13的内喷头与第二精密注射器12连接，外喷头与第一精密注射器9连接，熔融打印装置15与加热装置16连接，且熔融打印装置15的针头与高压直流电源20的正极连接，打印装置外壳2上安装有温度控制器3、光照系统5、湿度控制系统6、空气净化装置7、灭菌紫外灯8和摄像监控装置17；打印平台19、Z轴移动平台18、加热装置16、电机10、温度控制器3、光照系统5、湿度控制系统6、空气净化装置7、灭菌紫外灯8和摄像监控装置17均与主机21连接。

所述的高压直流电源20可调节电压幅值0-20kV。

所述的主机21根据需要实现温度、湿度、光照强度的调节，按照预定编程，实现对打印平台19、Z轴移动平台18运动路径的控制，通过层层叠加实现三维结构的打印。

所述的熔融打印装置15用于实现管状支架的打印，打印方式包括熔融静电打印和熔融挤出成型，选择高分子材料用于打印管状支架；熔融静电打印时，打开加热装置16，将高分材料加热至熔融状态，打开高压直流电源20，调节电压至0-20kV，在电场的辅助作用下从熔融打印装置15的针头处形成纤维射流，调节Z轴移动平台18的高度和打印平台19的位置，使熔融打印装置15的针头与接收滚筒14的竖直距离在0.3mm-10mm范围内，并让纤维均匀的沉积在接收滚筒14上，运行电机10和打印平台19的运动程序，让接收滚筒14既有旋转运动又水平移动，实现管状支架的熔融静电打印，静电打印微纳纤维线宽为1-50μm；同理，熔融挤出成型时，重复熔融静电打印步骤的同时，关闭高压直流电源20，即实现管状支架的熔融挤出成型，熔融挤出微纳纤维线宽为60-300μm。

所述的同轴喷头13有多种规格，用于实现凝胶管状组织的打印；选择并配制细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II，将细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II分别装入第二精密注射器12和第一精密注射器9中，并与同轴喷头13的内外喷头相连，运行两个精密注射器，让细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II从同轴喷头的内外喷头流出，根据需求调节凝胶交联条件，让同轴喷头13的外喷头中细胞凝胶混合溶液II及时成胶，并包裹细胞凝胶混合溶液I形成内外双层的芯-壳凝胶纤维，调节Z轴移动平台18的高度和打印平台19的位置，让芯-壳凝胶纤维均匀的沉积在接收滚筒14上，运行电机10和打印平台19的运动程序，让接收滚筒14既有旋转运动又水平移动，实现活性管状组织的打印。

所述的温度控制系统3实现0-50℃范围内的温度控制，光照系统5实现内部的照明，湿度控制系统6实现湿度控制，空气净化装置7提供过滤后的空气，提供无菌环境；灭菌紫外灯8进行内部消毒，保证无菌；摄像监控装置17监测打印过程。

所述的多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：

1)根据要求，选择用于打印多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II以及用于打印管状支架的高分子材料；细胞凝胶混合溶液I为细胞、凝胶、辅助材料的混合物，其中的凝胶包括温固化明胶、光固化明胶、胶原、丝素蛋白或牛纤维蛋白的蛋白类凝胶材料，浓度在0.5～20％之间，不同材料需要的浓度根据所需粘度的大小进行调节；细胞凝胶混合溶液II同样为细胞、凝胶、补充材料的混合溶液，其中的凝胶是海藻酸钠、明胶、壳聚糖、光固化明胶的力学性能较好的凝胶材料，浓度在0.5～15％之间；细胞种类包括血管内皮细胞、胚胎干细胞、心肌细胞或成纤维细胞、平滑肌细胞等，细胞的浓度在1×10⁵个/mL-5×10⁶/mL；辅助材料和补充材料为促使凝胶交联成胶的交联剂或促使细胞功能表达的生长因子；根据需要选取高分子材料用于打印管状支架，选择的材料包括：聚己内酯、聚乳酸、聚丙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、乙烯/聚乙烯醇共聚物；

2)按照要求配制所需的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II以及高分子材料；

3)将步骤2)配置好的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II分别装入第二精密注射器12和第一精密注射器9中；将高分子材料装入熔融打印装置15中；

4)根据需要在主机21中编写打印程序，运行加热装置16，根据选取高分子材料的不同，调节加热温度至60-210℃将高分子材料融化，利用熔融挤出成型、熔融静电打印或两种方法的复合，实现管状支架的打印；在打印的过程中，根据需要调节高压直流电源20的电压，电压范围在0-20kV，熔融打印装置15的流量为10-1000μL/h；调节熔融打印装置15的针头与接收滚筒14的距离为0.3mm-10mm，运行电机10和打印平台19，调节打印平台19的X轴向移动速度和接收滚筒14的旋转速度，X轴向移动速度范围为0.5-40mm/s，接收滚筒14的旋转速度为0.1-100r/min；熔融挤出纤维直径较大，力学性能较好；根据力学性能需求调节熔融静电打印微纳纤维和熔融挤出成型微纳纤维的打印层数，实现多尺度纤维的管状支架的制造；

5)待步骤4)结束后，运行第二精密注射器12和第一精密注射器9，分别调节两种细胞凝胶混合溶液的流量，其范围在0～50ml/h；让细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II在第二精密注射器12和第一精密注射器9的作用下分别从同轴喷头13的内外喷头挤入，并在同轴喷头13的出口处一同挤出，调节交联条件，让细胞凝胶混合溶液II及时快速凝胶，并包裹细胞凝胶混合溶液I形成内外双层的芯-壳凝胶纤维，调节Z轴移动平台18距离接收滚筒14的高度为0.5mm-5mm，让芯-壳凝胶纤维均匀的沉积在步骤4)打印的多尺度纤维的管状支架上，再次调节接收滚筒14和打印平台19的运动速度，接收滚筒的旋转速度为0.1-100r/min，打印平台的移动速度为移动速度范围为0.05-40mm/s；让接收滚筒14既有旋转运动又水平移动，实现多尺度纤维增强的活性管状组织的打印；

6)往复步骤4)-步骤5)实现多层多尺度纤维增强的活性管状组织的打印，并且能够改变同轴喷头13中细胞凝胶混合溶液中的细胞种类，实现多种细胞的分层打印，用于模拟人体真实组织中的细胞分布；

7)将步骤6)制造的多层多尺度纤维增强的活性管状组织从接收滚筒14上分离下来，并给予充分的交联条件，待其成胶完全后，加入培养液，放进培养箱进行培养；

8)经过培养，被细胞凝胶混合溶液II包裹的细胞凝胶混合溶液I中的细胞会逐渐发生铺展和迁移行为，并在细胞的作用下，会率先发生分解并逐渐在内部形成微流道，最终实现多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的打印。

本发明的有益效果为：

与现有技术相比，本发明将熔融静电打印技术、熔融挤出成型技术与细胞打印技术相结合，改变传统的平面式接收方法，不但较方便的实现多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的打印，而且可以实现力学性能的按需调节，并且在细胞和材料性能的共同作用下，在可以实现活性管状组织环壁血管化的功能，保证营养物质的供给，促进细胞的存活和生长，这对人工构建组织器官具有非常重要的意义。

附图说明

图1本发明打印装置的结构示意图。

图2本发明实施例打印的多尺度纤维增强的活性管状组织。

图3为本发明多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的示意图，其中图(a)为多尺度纤维增强的微流道活性管状组织径向截面图，图(b)为多尺度纤维增强的微流道活性管状组织横向截面图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

参照图1，多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置，包括超净实验台1，超净实验台1内部放置打印装置外壳2，在打印装置外壳2内设有打印平台19，打印平台19接地，打印平台19能够沿X-Y两个方向运动，打印平台19上通过轴承座11连接有接收滚筒14，接收滚筒14安装在轴承座11上，拆卸方便；接收滚筒14随着打印平台19的移动，可实现XY两个方向的水平移动；接收滚筒14的端头和电机10的输出轴连接，接收滚筒14在电机10的带动下，可按一定速度旋转；接收滚筒14的上方设有同轴喷头13和熔融静电打印装置15，同轴喷头13和熔融打印装置15均固定在Z轴移动平台18上，同轴喷头13和熔融打印装置15能够沿Z方向竖直移动，同轴喷头13的内喷头与第二精密注射器12连接，外喷头与第一精密注射器9连接，熔融打印装置15与加热装置16连接，且熔融打印装置15的针头与高压直流电源20的正极连接，打印装置外壳2上安装有温度控制器3、光照系统5、湿度控制系统6、空气净化装置7、灭菌紫外灯8和摄像监控装置17；打印平台19、Z轴移动平台18、加热装置16、电机10、温度控制器3、光照系统5、湿度控制系统6、空气净化装置7、灭菌紫外灯8和摄像监控装置17均与主机21连接。

所述的高压直流电源20可调节电压幅值0-20kV，用于在熔融打印装置15和打印平台19之间形成稳定的的高压电场，实现管状支架的熔融静电打印。

所述的主机21根据需要实现温度、湿度、光照强度的调节，按照预定编程，实现对打印平台19、Z轴移动平台18运动路径的控制，通过层层叠加实现三维结构的打印。

所述的熔融打印装置15用于实现管状支架的打印，打印方式包括熔融静电打印和熔融挤出成型，选择高分子材料用于打印管状支架；熔融静电打印时，打开加热装置16，将高分材料加热至熔融状态，打开高压直流电源20，调节电压至0-20kV，在电场的辅助作用下从熔融打印装置15的针头处形成纤维射流，调节Z轴移动平台18的高度和打印平台19的位置，使熔融打印装置15的针头与接收滚筒14的竖直距离在0.3mm-10mm范围内，并让纤维均匀的沉积在接收滚筒14上，运行电机10和打印平台19的运动程序，让接收滚筒14既有旋转运动又水平移动，实现管状支架的熔融静电打印，静电打印微纳纤维线宽为1-50μm；同理，熔融挤出成型时，重复熔融静电打印步骤的同时，关闭高压直流电源20，即实现管状支架的熔融挤出成型，熔融挤出微纳纤维线宽为60-300μm。

所述的同轴喷头13有多种规格，用于实现凝胶管状组织的打印；选择并配制细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II，将细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II分别装入第二精密注射器12和第一精密注射器9中，并与同轴喷头13的内外喷头相连，运行两个精密注射器，让细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II从同轴喷头的内外喷头流出，根据需求调节凝胶交联条件，让同轴喷头13的外喷头中细胞凝胶混合溶液II及时成胶，并包裹细胞凝胶混合溶液I形成内外双层的芯-壳凝胶纤维，调节Z轴移动平台18的高度和打印平台19的位置，让芯-壳凝胶纤维均匀的沉积在接收滚筒14上，运行电机10和打印平台19的运动程序，让接收滚筒14既有旋转运动又水平移动，实现活性管状组织的打印。

所述的温度控制系统3实现0-50℃范围内的温度控制，光照系统5实现内部的照明，湿度控制系统6实现湿度控制，空气净化装置7提供过滤后的空气，提供无菌环境；灭菌紫外灯8进行内部消毒，保证无菌；摄像监控装置17监测打印过程。

所述的多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置的打印方法，包括以下步骤：

1)根据要求，选择胶原、血管内皮细胞、氯化钙配制细胞凝胶混合溶液I，海藻酸钠和心肌细胞用于配制细胞凝胶混合溶液II；聚己内酯(PCL)作为高分子材料；

2)按照需求，所需的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II以及高分子材料，最终配制结果为：细胞凝胶混合溶液I的胶原溶液浓度为0.3％(w/v),细胞的浓度为1.5×10⁶个/ml，氯化钙浓度为3％(w/v)，溶剂为磷酸缓冲液(PBS)；细胞凝胶混合溶液II的海藻酸钠溶液浓度为3％(w/v)，细胞的浓度为1.0×10⁶个/ml，溶剂为PBS；纯PCL作为高分子材料；

3)将按步骤2)配置的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II分别装入到第二精密注射器12和第一精密注射器9中，将高分子材料装入熔融打印装置15中；

4)根据需要在主机21上编写打印程序，运行加热装置16，调节加热温度至85℃将高分子材料融化，调节熔融打印装置15的流量为30μL/h；调节熔融打印装置15的针头与接收滚筒14的距离为3mm，调节高压直流电源20的电压到4kV，调节打印平台19的水平移动速度和接收滚筒14的旋转速度，打印平台19的水平移动速度为10mm/s，接收滚筒14的旋转速度为40r/min，待静电打印微纳纤维挤出并沉积在接收滚筒14上，运行电机10和打印平台19，让静电打印微纳纤维均匀的缠绕在接收滚筒14上，实现200层熔融静电打印管状支架的打印，静电打印微纳纤维直径为15μm；同理关闭高压直流电源20，调节熔融打印装置15流量为400μL/h，打印平台19移动速度为0.2mm/s，接收滚筒14的旋转速度为6r/min，在200层熔融静电打印管状支架的基础上，实施4层熔融挤出成型打印，熔融挤出微纳纤维直径为150μm；最终得到200层静电打印纤维与4层熔融挤出纤维复合的多尺度纤维的管状支架；

5)待步骤4)结束后，运行精密注射器12和精密注射器9，分别调节两种细胞凝胶混合溶液的流量，其中细胞凝胶混合溶液I的流量为400μL/h，细胞凝胶混合溶液II的流量为3000μL/h；让细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II在第二精密注射器12和第一精密注射器9的作用下分别从同轴喷头13的内外喷头挤入，并在同轴喷头13的出口处一同挤出，在细胞凝胶混合溶液I中氯化钙溶液的作用下，细胞凝胶混合溶液II会快速凝胶，并包裹细胞凝胶混合溶液I形成内外双层的芯-壳凝胶纤维，调节Z轴移动平台18距离接收滚筒14的高度为0.5mm，让芯-壳凝胶纤维均匀的沉积在步骤4)打印的多尺度纤维的管状支架上，再次调节接收滚筒14和打印平台19的运动速度，接收滚筒14的旋转速度为15r/min，打印平台19的移动速度为0.1mm/s，运行接收滚筒14和打印平台19，让接收滚筒14既有旋转运动又水平移动，实现多尺度纤维增强的活性管状组织的打印，结果如图2所示；

6)往复步骤4)-步骤5)就可以实现多层多尺度纤维增强的活性管状组织的打印，并且可以改变同轴喷头13中细胞凝胶混合溶液中的细胞种类，实现多种细胞的分层打印，用于模拟人体真实组织中的细胞分布；

7)将步骤6)制造多层多尺度纤维增强的活性管状组织从接收滚筒上分离下来，并给予细胞凝胶混合溶液I充分的交联条件(温度、PH、离子交联)，待其成胶完全后，加入培养液，放进培养箱进行连续多天的培养；

8)经过连续多天的培养，由于材料的成分不同，被细胞凝胶混合溶液II包裹的细胞凝胶混合溶液I中的血管内皮细胞逐渐发生铺展和迁移等行为，并且细胞凝胶混合溶液I会率先发生分解并逐渐在海藻酸钠内部形成微流道，而且细胞在微流道的表面依然保持着良好的生长状态，最终实现多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的构建；培养几天整体结果示意图如3所示，图3(a)为多尺度纤维增强的活性管状组织的径向剖面图，从图中可以看到微纳纤维层和凝胶管状组织层的分布；图3(b)为多尺度纤维增强的活性管状组织的横向剖面图，从图中可以看出内部的微流道孔；以上步骤均是在无菌的环境下进行。

本发明将熔融静电打印、熔融挤出成型技术与细胞打印技术相结合，较方便的实现了多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的打印，并且可按照需求增加或减少微纳纤维的层数来改变活性管状组织的力学性能，以适应不同的组织器官，并且在活性管状组织环壁上可形成微流道，保证培养过程中营养物质的供给，促进细胞成长和功能表达。

Claims (6)

1.多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置，包括超净实验台(1)，其特征在于：超净实验台(1)内部放置打印装置外壳(2)，在打印装置外壳(2)内设有打印平台(19)，打印平台(19)能够沿X-Y两个方向运动，打印平台(19)上通过轴承座(11)连接有接收滚筒(14)，接收滚筒(14)的端头和电机(10)的输出轴连接，接收滚筒(14)的上方设有同轴喷头(13)和熔融静电打印装置(15)，同轴喷头(13)和熔融打印装置(15)均固定在Z轴移动平台(18)上，同轴喷头(13)的内喷头与第二精密注射器(12)连接，外喷头与第一精密注射器(9)连接，熔融打印装置(15)与加热装置(16)连接，且熔融打印装置(15)的针头与高压直流电源(20)的正极连接，打印装置外壳(2)上安装有温度控制器(3)、光照系统(5)、湿度控制系统(6)、空气净化装置(7)、灭菌紫外灯(8)和摄像监控装置(17)；打印平台(19)、Z轴移动平台(18)、加热装置(16)、电机(10)、温度控制器(3)、光照系统(5)、湿度控制系统(6)、空气净化装置(7)、灭菌紫外灯(8)和摄像监控装置(17)均与主机(21)连接；

所述的熔融打印装置(15)用于实现管状支架的打印，打印方式包括熔融静电打印和熔融挤出成型，选择高分子材料用于打印管状支架；熔融静电打印时，打开加热装置(16)，将高分材料加热至熔融状态，打开高压直流电源(20)，调节电压至0-20kV，在电场的辅助作用下从熔融打印装置(15)的针头处形成纤维射流，调节Z轴移动平台(18)的高度和打印平台(19)的位置，使熔融打印装置(15)的针头与接收滚筒(14)的竖直距离在0.3mm-10mm范围内，并让纤维均匀的沉积在接收滚筒(14)上，运行电机(10)和打印平台(19)的运动程序，让接收滚筒(14)既有旋转运动又水平移动，实现管状支架的熔融静电打印，静电打印微纳纤维线宽为1-50μm；同理，熔融挤出成型时，重复熔融静电打印步骤的同时，关闭高压直流电源(20)，即实现管状支架的熔融挤出成型，熔融挤出微纳纤维线宽为60-300μm。

2.根据权利要求1所述的多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置，其特征在于：所述的高压直流电源(20)可调节电压幅值0-20kV。

3.根据权利要求1所述的多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置，其特征在于：所述的主机(21)根据需要实现温度、湿度、光照强度的调节，按照预定编程，实现对打印平台(19)、Z轴移动平台(18)运动路径的控制，通过层层叠加实现三维结构的打印。

4.根据权利要求1所述的多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置，其特征在于：所述的同轴喷头(13)有多种规格，用于实现凝胶管状组织的打印；选择并配制细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II，将细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II分别装入第二精密注射器(12)和第一精密注射器(9)中，并与同轴喷头(13)的内外喷头相连，运行两个精密注射器，让细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II从同轴喷头的内外喷头流出，根据需求调节凝胶交联条件，让同轴喷头(13)的外喷头中细胞凝胶混合溶液II及时成胶，并包裹细胞凝胶混合溶液I形成内外双层的芯-壳凝胶纤维，调节Z轴移动平台(18)的高度和打印平台(19)的位置，让芯-壳凝胶纤维均匀的沉积在接收滚筒(14)上，运行电机(10)和打印平台(19)的运动程序，让接收滚筒(14)既有旋转运动又水平移动，实现活性管状组织的打印。

5.根据权利要求1所述的多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置，其特征在于：所述的温度控制器(3)实现0-50℃范围内的温度控制，光照系统(5)实现内部的照明，湿度控制系统(6)实现湿度控制，空气净化装置(7)提供过滤后的空气，提供无菌环境；灭菌紫外灯(8)进行内部消毒，保证无菌；摄像监控装置(17)监测打印过程。

6.一种利用权利要求1所述的多尺度纤维增强的微流道活性管状组织3D打印装置的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据要求，选择用于打印多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II以及用于打印管状支架的高分子材料；细胞凝胶混合溶液I为细胞、凝胶、辅助材料的混合物，其中的凝胶为温固化明胶、光固化明胶、胶原、丝素蛋白或牛纤维蛋白的蛋白类凝胶材料，浓度在0.5～20％之间，不同材料需要的浓度根据所需粘度的大小进行调节；细胞凝胶混合溶液II为细胞、凝胶、补充材料的混合溶液，其中的凝胶是海藻酸钠、明胶或壳聚糖，浓度在0.5～15％之间；细胞种类为血管内皮细胞、胚胎干细胞、心肌细胞或成纤维细胞或平滑肌细胞，细胞的浓度在1×10⁵个/mL-5×10⁶/mL；辅助材料和补充材料为促使凝胶交联成胶的交联剂或促使细胞功能表达的生长因子；根据需要选取高分子材料用于打印管状支架，高分子材料为聚己内酯、聚乳酸、聚丙烯、聚乳酸-羟基乙酸共聚物或乙烯/聚乙烯醇共聚物；

2)按照要求配制所需的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II以及高分子材料；

3)将步骤2)配置好的细胞凝胶混合溶液I、细胞凝胶混合溶液II分别装入第二精密注射器(12)和第一精密注射器(9)中；将高分子材料装入熔融打印装置(15)中；

4)根据需要在主机(21)中编写打印程序，运行加热装置(16)，根据选取高分子材料的不同，调节加热温度至60-210℃将高分子材料融化，利用熔融挤出成型、熔融静电打印或两种方法的复合，实现管状支架的打印；在打印的过程中，根据需要调节高压直流电源20的电压，电压范围在0-20kV，熔融打印装置(15)的流量为10-1000μL/h；调节熔融打印装置(15)的针头与接收滚筒(14)的距离为0.3mm-10mm，运行电机(10)和打印平台(19)，调节打印平台(19)的X轴向移动速度和接收滚筒(14)的旋转速度，X轴向移动速度范围为0.5-40mm/s，接收滚筒(14)的旋转速度为0.1-100r/min；根据力学性能需求调节熔融静电打印微纳纤维和熔融挤出成型微纳纤维的打印层数，实现多尺度纤维的管状支架的制造；

5)待步骤4)结束后，运行第二精密注射器(12)和第一精密注射器(9)，分别调节两种细胞凝胶混合溶液的流量，其范围在0～50ml/h；让细胞凝胶混合溶液I和细胞凝胶混合溶液II在第二精密注射器(12)和第一精密注射器(9)的作用下分别从同轴喷头(13)的内外喷头挤入，并在同轴喷头(13)的出口处一同挤出，调节交联条件，让细胞凝胶混合溶液II及时快速交联成胶，并包裹细胞凝胶混合溶液I形成内外双层的芯-壳凝胶纤维，调节Z轴移动平台(18)距离接收滚筒(14)的高度为0.5mm-5mm，让芯-壳凝胶纤维均匀的沉积在步骤4)打印的多尺度纤维的管状支架上，再次调节接收滚筒(14)和打印平台(19)的运动速度，接收滚筒的旋转速度为0.1-100r/min，打印平台的移动速度为移动速度范围为0.05-40mm/s；让接收滚筒(14)既有旋转运动又水平移动，实现多尺度纤维增强的活性管状组织的打印；

6)往复步骤4)-步骤5)实现多层多尺度纤维增强的活性管状组织的打印，并且能够改变同轴喷头(13)中细胞凝胶混合溶液中的细胞种类，实现多种细胞的分层打印，用于模拟人体真实组织中的细胞分布；

7)将步骤6)制造的多层多尺度纤维增强的活性管状组织从接收滚筒(14)上分离下来，并给予交联条件，待其成胶完全后，加入培养液，放进培养箱进行培养；

8)经过培养，被细胞凝胶混合溶液II包裹的细胞凝胶混合溶液I中的细胞会逐渐发生铺展和迁移行为，并在细胞的作用下，会率先发生分解并逐渐在内部形成微流道，最终实现多尺度纤维增强的微流道活性管状组织的打印。

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