CN110614765B - 管腔组织构建体的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种管腔组织构建体的制造方法。该制造方法包括：步骤1：在支持物上套装弹性膜；步骤3：在弹性膜上打印生物构建体；步骤5：在生物构建体上形成构建体粘合层；步骤7：将管腔组织粘合于所述构建体粘合层上。根据本发明的管腔组织构建体的制造方法，将打印的生物构建体组装在管腔组织的内表面上形成管腔组织构建体，从而避免管腔组织构建体在长时间植入后血栓的再次发生和管腔再狭窄等问题的出现，提高了管腔组织构建体的生物可靠性。

Description

管腔组织构建体的制造方法

技术领域

本发明涉及3D生物打印技术领域，尤其涉及一种管腔组织构建体的制造方法。

背景技术

现有技术中，常见的人工血管是由聚合物纤维(例如尼龙、涤纶)、蚕丝或膨体聚四氟乙烯制成的。在进行血管移植时，可利用完整的人工血管对病变或受损的血管进行替换。虽然使用这种人工血管对病变或受损血管进行替换在临床上已取得巨大成效，但其依然面临难以解决的问题，包括在长时间植入后血栓的再次发生和管腔再狭窄的出现。导致这些问题的根本原因在于，这种人工血管的内表面上缺少完整的内皮细胞层。

此外，由于人工血管在径向上几乎不能发生形变，现有技术无法通过外部对人工血管进行压缩使生物砖完全均匀、完整且平整地贴合在人工血管内壁上。

发明内容

为克服以上技术缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种管腔组织构建体的制造方法，能够提高管腔组织构建体的生物可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种管腔组织构建体的制造方法，包括：

步骤1：在支持物上套装弹性膜；

步骤3：在弹性膜上打印生物构建体；

步骤5：在生物构建体上形成构建体粘合层；

步骤7：将管腔组织粘合于所述构建体粘合层上。

进一步地，所述步骤3包括：

步骤31：提供至少一种生物打印单元；

步骤33：在弹性膜的预设区域形成打印单元粘合层；

步骤35：将所述生物打印单元粘合在所述打印单元粘合层上，以形成生物构建体或生物构建体的中间结构。

进一步地，在弹性膜的预设区域形成打印单元粘合层包括：在所述弹性膜的预设区域先形成隔离介质层，所述打印单元粘合层通过所述隔离介质层形成在所述弹性膜上。

进一步地，所述步骤3还包括：

步骤37：在上一步骤得到的中间结构上形成打印单元粘合层以得到具有打印单元粘合层的中间结构；

步骤39：将所述生物打印单元粘合在所述具有打印单元粘合层的中间结构上。

进一步地，所述步骤3包括重复步骤37和步骤39一次或数次。

进一步地，所述步骤5包括：在所述生物构建体的表面上先形成支撑层；通过所述支撑层在所述生物构建体上形成构建体粘合层。

进一步地，所述步骤5包括：在生物构建体上打印黏合剂以形成所述构建体粘合层。

进一步地，所述生物构建体为管腔结构，所述支持物为旋转杆。

进一步地，所述步骤7包括：

将管腔组织套装于空心杆外；

将空心杆套装于形成有所述构建体粘合层的所述生物构建体外；

抽出所述空心杆的同时将所述管腔组织留置于所述生物构建体外；

将所述管腔组织粘合于所述构建体粘合层上。

进一步地，将所述管腔组织粘合于所述构建体粘合层上包括：撑大所述弹性膜以增大所述生物构建体及构建体粘合层的外径使所述构建体粘合层与所述管腔组织内壁贴合。

进一步地，从所述支持物内部向所述支持物表面输送气体以撑大所述弹性膜。

进一步地，在弹性膜上打印生物构建体还包括加热所述支持物。

进一步地，还包括检测所述生物构建体内壁的平整度。

由此，基于上述技术方案，本发明管腔组织构建体的制造方法，将打印的生物构建体组装在管腔组织的内表面上，形成管腔组织构建体，从而避免管腔组织构建体在长时间植入后血栓的再次发生和管腔再狭窄等问题的出现，提高了管腔组织构建体的生物可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明仅用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例管腔组织构建体的制造方法采用的管腔组织构建体打印装置实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中喷头组件的整体结构示意图；

图3为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中喷头组件的内部结构示意图；

图4为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中螺杆泵实施例的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中生物砖喷嘴实施例的剖面结构示意图；

图6为图5中画圈部分的局部放大示意图；

图7为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中生物打印平台的整体结构示意图；

图8为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中生物打印平台的局部结构示意图；

图9为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中旋转杆的结构示意图；

图10为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中加热件的结构示意图；

图11为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中加热件设置在旋转杆内部的结构示意图；

图12为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中旋转部的内部结构示意图；

图13为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中夹抱机构第一实施例的结构示意图；

图14为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中夹抱机构第一实施例在另一视角的结构示意图；

图15为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中夹抱机构第二实施例的结构示意图；

图16为本发明实施例的管腔组织构建体打印装置中夹抱机构第二实施例在夹抱管腔组织时的结构示意图；

图17为通过本发明实施例管腔组织构建体的打印方法中该生物构建体打印步骤隔离介质层步骤中构建体粘合层及套装在支持物上的弹性膜的结构示意图；

图18为本发明实施例中生物构建体打印步骤中第一种打印方式的打印过程示意图；

图19为本发明实施例中该生物构建体打印步骤中第二种打印方式的打印过程示意图；

图20本发明实施例中生物构建体打印步骤中吸取部件抓取和放置生物打印单元的过程示意图；

图21为本发明实施例中生物构建体打印步骤中采用的生物构建体打印装置的结构示意图；

图22为本发明生物构建体打印装置实施例中驱动定位部件的结构示意图；

图23为本发明生物构建体打印装置实施例中第一喷头组件的结构示意图；

图24为本发明生物构建体打印装置实施例中第二喷头组件的结构示意图；

图25为本发明生物构建体打印装置实施例中打印单元试剂盒的结构示意图；

图26为本发明生物构建体打印装置实施例中打印单元试剂盒的俯视角度的结构示意图；

图27为本发明生物构建体打印装置实施例中旋生仪的结构示意图；

图28为本发明实施例管腔组织构建体的制造方法的流程示意图。

图1至图28中各附图标记分别代表：

1、喷头组件；11、医用胶喷头；111、医用胶容器；112、医用胶喷嘴；113、医用胶活塞；12、生物砖喷头；121、螺杆泵；1211、螺旋定子；1212、螺旋转子；1213、入口连接件；122、生物砖喷嘴；123、保温壳；124、生物砖活塞；125、生物砖容器；126、半导体冷却板；127、连接管；128、生物砖入口；129、保温套嘴；2、生物打印平台；21、旋转部；211、旋转杆；212、加热件；2121、加热段；2122、连接槽；2123、间隔段；213、温度检测件；214、密封圈；22、夹抱机构；221，221′、第一夹抱块；222，222′、第二夹抱块；223，223′、止退件；224、支撑平台；225、限位块；23、对接部；231、空心杆；232、位移机构；A、弹性膜；B、打印单元粘合层；C、生物打印单元；D、隔离介质层；301、基座；302、第一喷头组件；303、第二喷头组件；304、打印单元试剂盒；305、旋生仪；306、电控箱；307、立柱；308、光栅尺；309、直线电机；310、导轨；311、第二Z向运动模组；312、第一Z向运动模组；313、第一固定立板；314、视觉系统；315、吸取部件；316、第二涂覆部件；317、第一驱动导轨；318、第一驱动气缸；319、第二固定立板；320、第三涂覆部件；321、第一涂覆部件；322、第二驱动导轨；323、第二驱动气缸；324、孔位；325、孔板支架；326、驱动电机；327、第三驱动导轨；328、支座；329、支持物；330、旋转电机；331、刮料绳。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明的具体实施方式是为了便于对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的说明。需要说明的是，对于这些实施方式的说明并不构成对本发明的限定。此外，下面所述的本发明的实施方式中涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明中，术语“生物构建体”是指，人工构建的、含有细胞的二维或三维的结构。在某些优选的实施方案中，生物构建体是三维构建体，组织前体，人工组织或人工器官。

术语“生物打印单元”是指通过本发明的方法和装置构建生物构建体的一种基本单元，其可用于多个领域，例如生物打印(如3D生物打印)、组织工程、再生医学等领域。

优选地，生物打印单元为微囊。

优选地，微囊为生物砖。

优选地，本发明的生物砖可以具有的结构和组成为：包含细胞的核层，其中，细胞能够进行生长、增殖、分化或迁移，核层由生物可降解材料制成，并且为细胞的生命活动提供所需的物质；和，封装核层的壳层，壳层位于外侧，由生物可降解材料制成，并且为内部的核层和细胞提供力学保护，这种优选结构的生物砖可以作为生物3D打印的基础单元。

优选地，本发明的生物打印单元的粒径为0.5mm～3mm。

优选地，本发明的生物打印单元为凝胶态微粒；具体的，本发明的方法和装置所制备的生物打印单元(生物砖)的核层和/或壳层可以为凝胶态。本发明的生物打印单元可以包含水凝胶。

优选地，水凝胶包含海藻酸盐、琼脂糖、明胶、壳聚糖或其它水溶性或亲水性聚合物。

优选地，生物打印单元在生理环境下(例如4-37℃，例如pH在6-8之间)具有稳定的结构，其优选地为生物砖；生物打印单元可以是多种并以混合物的形式存在，其可以各自独立地为球形，或者任何期望的形状(例如立方体，矩形棱柱，六棱柱，圆柱，或不规则的形状)，优选地，生物打印单元的尺寸各自独立地为20-2000μm，例如30-1900μm，40-1800μm，50-1700μm，60-1600μm，70-1500μm，80-1400μm，90-1300μm，100-1200μm，200-1000μm，300-800μm，400-600μm，100-500μm；生物打印单元也可以各自独立地为固体或半固体，例如凝胶态。

生物打印单元可以以混合物的形式存在。生物打印单元可以是分离的微囊。生物打印单元可以设置在容器中。

如本文中所使用的，术语“微囊”是指，含有细胞和生物相容性材料的微结构(例如，微米级至毫米级的结构)，其中，细胞被包裹在生物相容性材料内。本发明的微囊在生理环境下(例如4-37℃，例如pH在6-8之间，例如在生理环境的流体剪切力下)具有稳定的结构。优选地，微囊具有在吸取或挤压中不会造成微囊破碎的力学强度。

如本文中使用的，术语“组织”是指由形态相同或类似、机能相同的细胞群构成的细胞集合体，并且通常还包含非细胞形态的物质(称为细胞间质，例如基质、纤维等)。组织可包括一种或多种细胞。

如本文中使用的，术语“人工组织”是指，不是通过天然组织生成或发育过程而形成的组织。人工组织可以是人为制造的组织，例如是对人工组织前体进行培养得到的组织。

如本文中使用的，术语“人工组织前体”是指包含支持物以及多个本发明的微囊的物体，其中，至少一个微囊与支持物粘合。在某些实施方案中，人工组织前体包含支持物以及由微囊构建的生物构建体。在某些实施方案中，本发明的人工组织前体在培养、诱导等操作步骤后，能够形成人工组织。

如本文中使用的，术语“粘合”是指不发生相对位移。在某些实施方案中，微囊或生物构建体与支持物粘合，是指微囊或生物构建体结合在支持物上。

如本文中使用的，术语“支持物”是指本发明的人工组织前体中，与微囊或由微囊构成的生物构建体粘合的，具有一定形状的物体。支持物能够提供相应的区域，使生物构建体完全固定(粘附)在其上。

如本文中使用的，术语“管腔”是指形状为管状、具有中空内腔的器官，例如循环管腔、消化管腔、呼吸管腔、泌尿管腔或生殖管腔，例如血管，食管，气管，胃，胆管，肠道(包括小肠和大肠，例如十二指肠、空肠、回肠、盲肠(包括阑尾)、升结肠、结肠右曲、横结肠、结肠左曲、降结肠、乙状结肠、直肠)，输卵管，输精管，输尿管，膀胱或淋巴管)。

如本文中使用的，术语“人工血管”是指人为制造的血管替代物，其通常是管状。在某些实施方案中，人工血管用于对狭窄、闭塞、扩张、损伤或畸形的血管进行重建或修补。在某些实施方案中，人工血管是对本发明的管状人工组织前体进行培养得到的。

如本文中使用的，术语“生物相容性材料”是指：材料(以及其降解产物)对于细胞是无毒性的，并且在植入宿主(例如人体)后与宿主相容，不会造成显著的或者严重的副作用，例如，不会对宿主(例如人体组织)造成毒害作用，不会引起宿主的免疫排斥反应、过敏反应或炎症反应等等。

如本文中所使用的，术语“生物可降解材料”是指这样的材料，其能够被细胞或生物体降解和吸收，并且其降解产物是生物相容性的。此类材料可以是天然来源的(例如来源于动植物)，也可以是人工合成的。

如图28所示，本发明提供了一种管腔组织构建体的制造方法，包括：

步骤1：在支持物上套装弹性膜；

步骤3：在弹性膜上打印生物构建体；

步骤5：在生物构建体上形成构建体粘合层；

步骤7：将管腔组织粘合于构建体粘合层上。

本发明的管腔组织构建体的制造方法，将打印的生物构建体组装在管腔组织的内表面上，形成管腔组织构建体，从而避免管腔组织构建体在长时间植入后血栓的再次发生和管腔再狭窄等问题的出现，提高了管腔组织构建体的生物可靠性。

以下结合图1至图28详细说明本发明实施例的管腔组织构建体的制造方法的详细内容以及实现该制造方法的管腔组织构建体打印装置或生物构建体打印装置及其工作原理。

本发明的管腔组织构建体的制造方法，可以通过管腔组织构建体打印装置实现。具体包括：

在步骤1中，在支持物(优选为旋转杆211)上套装弹性膜A；

在步骤3中，在弹性膜A上通过生物砖喷头12打印生物构建体，具体如下，通过生物砖容器125提供一种生物打印单元C，在弹性膜A的预设区域形成打印单元粘合层B，可以通过医用胶喷头11(或试剂喷头)输出第一试剂形成打印单元粘合层B；再通过生物砖喷头12将生物打印单元C打印在打印单元粘合层B上并与打印单元粘合层B粘合，从而形成生物构建体或生物构建体的中间结构；

在步骤5中，通过医用胶喷头11在生物构建体上打印黏合剂(如医用胶)形成构建体粘合层(如医用胶层)；

在步骤7中：将管腔组织套装于空心杆231外；将空心杆231套装于形成有构建体粘合层的生物构建体外；抽出空心杆231的同时将管腔组织留置于生物构建体外；撑大弹性膜以增大生物构建体及构建体粘合层的外径使构建体粘合层与管腔组织内壁贴合将管腔组织粘合于构建体粘合层上。

以下结合图1至图19说明管腔组织构建体打印装置的示意性实施例的详细结构。

如图1所示，管腔组织构建体打印装置包括喷头组件1和生物打印平台2，喷头组件1通过生物打印平台2将生物构建体打印在管腔组织的内表面上。

在该示意性的实施例中，通过设置喷头组件1和生物打印平台2，喷头组件1通过生物打印平台2将生物构建体打印在管腔组织的内表面上，避免管腔组织在长时间植入后血栓的再次发生和管腔再狭窄等问题的出现，提高了管腔组织的生物可靠性。

其中，管腔组织尤其为人工血管，例如市售戈尔血管，将生物构建体打印在人工血管的内表面可以避免人工血管在长时间植入后血栓的发生。

在一些实施例中，步骤5包括在生物构建体上打印医用胶以形成构建体粘合层。为此，在本发明管腔组织构建体打印装置一个改进的实施例中，如图2和图3所示，喷头组件1包括医用胶喷头11，医用胶喷头11包括医用胶容器111和医用胶喷嘴112。医用胶容器111用于盛装医用胶，医用胶喷嘴112与医用胶容器111直接连接。医用胶容器111顶部通过气路与气泵连接，在气路中设有真空发生器，用于在非打印状态下对医用胶容器111产生负压。由于医用胶具有极好的流动性，在非打印状态时，由于重力的作用，医用胶也会缓慢的滴落，因此在气路中增加真空发生器，在非打印状态时，气路中存在一定的负压，负压与重力抵消，使得医用胶不再自由滴落。具体地或进一步地，如图3所示，医用胶容器111顶部设有医用胶活塞113，医用胶活塞113通过气路与气泵连接，气泵加压将医用胶从墨囊中挤出，真空发生器位于气泵和医用胶活塞113之间。

在本发明管腔组织构建体打印装置一个改进的实施例中，如图2～图4所示，喷头组件1包括生物砖喷头12。生物砖喷头12包括螺杆泵121、生物砖喷嘴122以及生物砖容器125。生物砖容器125用于盛装生物墨汁。生物墨汁中包括生物打印单元C，生物打印单元C例如为生物砖。生物砖容器125底部的出口通过连接管127和入口连接件1213与螺杆泵121的生物砖入口128相连通。生物砖容器125顶部设有生物砖活塞124。生物砖活塞124通过气路与气泵连接，气泵加压将生物墨汁从生物砖容器125挤出至螺杆泵121内。螺杆泵121包括用于将进入螺杆泵121的生物砖挤出至生物砖喷嘴122的螺旋定子1211和螺旋转子1212。螺旋定子1211由硅胶材料制成。

由于生物砖的物理性质，当生物砖容器125的出口处较小时，生物砖无法被挤出，会在出口处形成堆积，即使增大压力，生物砖被挤碎都无法被挤出；同样的，即使对生物砖容器125出口处进行角度设计等手段，都无法将生物砖挤出。然而，打印的需求限定了生物砖不能大量被挤出，每次只能被挤出少量的几颗，因此可以将生物砖从生物砖容器125中送至螺杆泵121中，通过螺杆泵121挤出，螺杆泵121自身的出口较大，每次挤出的生物砖数量依然大于了使用需求，因而在螺杆泵121的出口处设置了生物砖喷嘴122。

如图4所示，螺旋定子1211无法转动，螺旋转子1212相对于螺旋定子1211转动，螺旋转子1212上的凹槽形成腔室，每个腔室内只能装载少量的生物砖，生物砖随着螺旋转子1212的转动被送出至生物砖喷嘴122。由于目前生物墨汁材料的物理性质，打印需要在低温下(4℃)进行，现有的螺杆泵内的螺旋定子均采用的橡胶材料，橡胶材料在低温下会迅速老化，在打印时出现黑色粉末，本发明将螺旋定子1211改由硅胶制成，避免了打印时出现黑色粉末的问题。

为了避免在生物砖在打印时生物砖喷嘴122前端出口(图5画圈部分)出现“挂珠”现象(即：生物墨汁的黏度较大，生物砖被挤出后，不会直接滴落，而挂在喷嘴出口处，当后面的生物砖被挤出时，之前没有滴落的生物砖跟后面的堆在一起，成了一大滴液滴，挂在喷嘴出口处，当这一大滴液滴的重力大于摩擦力，才会滴下来)，在一个改进的实施例中，一方面，如图5和图6所示，生物砖喷嘴122的打印出口端具有倒角，倒角的倒角面与生物砖喷嘴122的打印出口的中心线的夹角为10°～30°。更进一步地，该夹角例如可以为20°。这样设计能够有效避免“挂珠”现象。另一方面，生物砖喷嘴122的打印出口端外表面的粗糙度Ra≤0.4，可以通过在生物砖喷嘴122外表面镀涂层/抛光，从而增加表面光滑度，能够更好地避免“挂珠”现象。

由于目前采用的生物墨汁在温度大于4℃的情况会趋于凝固，因此需要将生物砖喷头维持在4℃的环境温度中，在一些改进的实施例中，如图3所示，生物砖喷头12还包括位于螺杆泵121和生物砖容器125背后的半导体冷却板126，半导体冷却板126能够通过热传导对生物砖喷头12进行降温。进一步地，如图3所示，生物砖喷嘴122外部设有保温套嘴129，保温套嘴129与生物砖喷嘴122外部之间具有一定的间隙，能够形成空气保温层。进一步地，如图2所示，在螺杆泵121和生物砖容器125外部套设有保温壳123，保温壳123包括盒盖和覆盖在盒盖外表面的保温棉，保温棉能够进一步提高保温效果，减少喷头与环境的热交换，盒盖上设有透明窗口，用于观察生物砖容器125内生物墨汁的盛装情况。

在一些改进的实施例中，管腔组织构建体打印装置还包括位移组件，用于移动喷头组件1，喷头组件1整体(生物砖喷头12和医用胶喷头11)可以在竖直方向上和水平方向上进行位移，医用胶喷头11可以单独升降。喷头组件1在初始状态时，生物砖喷头12的出口处的水平位置位于医用胶喷头11出口处水平位置的下方；在打印时，位移组件将喷头组件1下降至一定高度后，生物砖喷头12挤出生物砖，完成管腔组织打印后，通过整体上升一段后，医用胶喷头11单独下降，进行医用胶打印。

在一些实施例中，为了在弹性膜A的预设区域利用第一试剂形成打印单元粘合层B，可以利用医用胶喷头11形成打印单元粘合层B。形成打印单元粘合层B的材料(第一试剂)与形成构建体粘合层的材料可以是同种材料(例如均为黏合剂，如医用胶)，也可以是不同种材料。在二者材料不同时，可以设置用于存储第一试剂的试剂存储装置，在形成打印单元粘合层B时，医用胶喷头11可以切换至与试剂存储装置相连，通过医用胶喷头11打印第一试剂形成打印单元粘合层B。

在一些实施例中，为了在弹性膜A的预设区域利用第一试剂形成打印单元粘合层B，管腔组织构建体打印装置还可以设置用于存储第一试剂的试剂存储装置和与试剂存储装置连通的试剂喷头，可以通过试剂喷头将试剂存储装置内的第一试剂通过喷涂或打印等方式布设于弹性膜A的预设区域形成打印单元粘合层B。试剂喷头的结构形式及运动方式可以参考医用胶喷头11的结构形式及运动方式。

其中，第一试剂可以包含自身含有黏性的物质，也可以使生物打印单元C表面附着有第二试剂，第一试剂和第二试剂本身不包含黏性物质，而是通过相互反应产生了相互的粘合力性质。关于第一试剂，在以下描述中还将进行更加详细的说明。

在一些实施例中，步骤7包括：

将管腔组织套装于空心杆外；

将空心杆套装于形成有构建体粘合层的生物构建体外；

抽出空心杆的同时将管腔组织留置于生物构建体外；

将管腔组织粘合于构建体粘合层上。

为此，在本发明管腔组织构建体打印装置一个改进的实施例中，如图7和图8所示，生物打印平台2包括平台基座、旋转部21和可相对旋转部21移动的对接部23，旋转部21包括旋转杆211，旋转杆211作为打印生物构建体的支持物，用于承载生物砖和医用胶以形成生物构建体，对接部23包括空心杆231和位移机构232，空心杆231的外壁用于承载管腔组织，内腔用于容置旋转杆211和生物构建体。

当在旋转杆211制得生物构建体后，空心杆231通过位移机构232向旋转部21方向位移，旋转杆211和生物构建体进入空心杆231的内腔，套在空心杆231外部的管腔组织随着空心杆231位移到生物构建体外部；进一步地，空心杆231表面镀有铁氟龙层，能够避免医用胶与金属表面接触发生反应。空心杆231通过位移机构232再向反方向位移，管腔组织从空心杆231取下，继而套设在生物构建体外表面，完成组装得到管腔组织构建体。

旋转杆211的外壁覆盖有弹性膜，在进行生物构建体打印时，弹性膜呈自然状态即包覆在旋转杆211表面，生物砖在弹性膜的表面组成生物构建体，这样利于取下生物构建体。

进一步地，如图9所示，旋转杆211的内部中空，旋转杆211的外壁上开有与内部连通的出气孔，用于将旋转杆211的内部的空气排出以撑起弹性膜A，在生物构建体与管腔组织进行组装时，对旋转杆211内部通气，气体从出气口向外扩张将弹性膜A撑起(可想象成气球被吹胀)，弹性膜A表面的生物构建体随着弹性膜的膨胀向外位移，最终与管腔组织内壁接触并粘连在管腔组织内壁上，得到管腔组织构建体。实践表明，该实施方式操作简单，易于实现，具有较高的可实施性。具体的或进一步地，如图12所示，在旋转部21内部设有密封圈214，旋转杆211与密封圈214可拆卸连接，密封圈214的作用在于对旋转杆211的内腔进行密封，使得充气撑起弹性膜A的过程更加可控。

在一些优选实施例中，在弹性膜A上打印生物构建体还包括加热支持物。为此，作为对上述实施例的改进，如图10和图11所示，旋转杆211的内部还设有加热件212。加热件212能够加快生物打印单元与打印单元粘合层B的凝固速度，缩短生物构建体制备时间，加热件212需要维持旋转杆表面温度为37～38℃。进一步地，如图11所示，加热件212靠近对接部23的一端设有温度检测件213，用于检测加热件212的温度，从而实时维持旋转杆211的表面温度。

在一个具体的或改进的实施例中，如图10和图11所示，加热件212包括间隔设置的加热段2121和间隔段2123。间隔段2123表面开有连接槽2122。加热段2121表面缠绕有电阻丝，间隔段2123表面不缠绕电阻丝。相邻的加热段2121之间的电阻丝从连接槽2122中穿过。加热段2121的直径小于间隔段2123的直径。加热件212和旋转杆211间隙配合，间隔段2123的外壁与旋转杆211内壁相接触。设置间隔段的目的在于将加热件212套入旋转杆211时对电阻丝进行保护，避免组装时将电阻丝破坏。

对于如何将管腔组织从空心杆231取下，在一个改进的实施例中，如图7所示，生物打印平台2还包括夹抱机构22，用于在空心杆231反方向位移时夹抱管腔组织以使其从空心杆231脱离并套接生物构建体，该实施方式易于实施，具有较高的可靠性。

具体地或进一步地，如图13～图16所示，夹抱机构22包括可相对移动的第一夹抱块221，221′和第二夹抱块222，222′。如图13和图14所示，第一夹抱块221和第二夹抱块222的相对移动可以优选地通过设置导轨来实现，如图15和图16所示，第一夹抱块221′和第二夹抱块222′的相对移动也可以优选地通过设置丝杠螺母机构来实现。更进一步地，如图14所示，夹抱机构22还包括设置在第一夹抱块221和第二夹抱块222底部的限位块225，用于对第一夹抱块221和第二夹抱块222的相对移动进行限位，以使第一夹抱块221和第二夹抱块222与管腔组织的外壁相切，能够在组装管腔组织构建体的过程中，对管腔组织起到一定的限制作用。

为了尽可能地保证将管腔组织从空心杆231取下，在一个进一步的实施例中，如图13～图16所示，夹抱机构22还包括止退件223，223′，用于在空心杆231反方向位移时作用于管腔组织的尾端以使其从空心杆231脱离，阻止管腔组织跟随空心杆231。止退件223，223′可以设置在第一夹抱块221，221′和/或第二夹抱块222，222′的尾端，也可以独立于第一夹抱块和第二夹抱块直接设置在夹抱机构上。更进一步地，止退件223配合设有作用于管腔组织的尾端的止退圈，使得管腔组织更易于从空心杆231脱离。再进一步地，如图14所示，夹抱机构22还包括设置在第一夹抱块221和第二夹抱块222底部的支撑平台224，用于支撑管腔组织。在管腔组织与生物构建体进行对接的过程中，支撑平台224正好与管腔组织底部外壁相切，为管腔组织提供向上的力，避免管腔组织下坠。

在本发明管腔组织构建体打印装置一个改进的实施例中，管腔组织构建体打印装置还包括设置在旋转杆211下方的储液池，用于承接从夹抱机构22脱离并下落的管腔组织构建体。在完成打印组装后，由夹抱机构22将管腔组织构建体抱住，旋转杆211整体向反方向退出，管腔组织构建体位于储液池的正上方，并由夹抱机构22提供支撑；此时夹抱机构22撤去夹抱力，管腔组织构建体竖直下落至储液池中。这样设计能够避免完成打印组装后由人工、机械臂等实施转移操作过程中引入新的污染，或是在操作过程中由于操作不当对打印血管内壁造成损伤等，便于成品包装等。

本发明实施例利用上述管腔组织构建体打印装置实现管腔组织构建体的制造方法。该制造方法中，在打印生物构建体时，包括在打印生物构建体之前，在旋转杆211的外壁包覆一层弹性膜A的套膜步骤。在进行生物构建体打印时，弹性膜A呈自然状态即包覆在旋转杆211表面，生物打印单元C在弹性膜A的表面组成生物构建体，这样利于取下生物构建体。

在一些实施例中，将管腔组织粘合于构建体粘合层上包括：撑大弹性膜以增大生物构建体及构建体粘合层的外径使构建体粘合层与管腔组织内壁贴合，即撑膜步骤。在一些实施例中，从支持物内部向支持物表面输送气体以撑大弹性膜。

管腔组织套设在生物构建体外部之后，向弹性膜内通气以撑起弹性膜，使得生物构建体贴合在管腔组织内壁上。弹性膜表面的生物构建体随着弹性膜的膨胀向外位移，最终与管腔组织内壁接触并粘连在管腔组织内壁上，使生物构建体完全均匀、完整且平整地贴合在管腔组织内壁上，从而得到管腔组织构建体，如人工组织前体。实践表明，该实施方法操作简单，易于实现，具有较高的可实施性。

下面以图1～图16所示的实施例为例来说明本发明管腔组织构建体打印装置的制备管腔组织构建体的过程如下：

在步骤1中，在旋转杆211上套装弹性膜A；

在步骤3中，在弹性膜A的预设区域利用医用胶喷头11(或试剂喷头)打印第一试剂形成打印单元粘合层B；通过生物砖喷头12将生物砖容器125提供的生物打印单元C打印在打印单元粘合层B上并与打印单元粘合层B粘合，如果只需要具有单层生物打印单元C的生物构建体，此时形成的结构即为生物构建体本身；如果需要打印具有多层生物打印单元C的生物构建体，此时形成的结构为生物构建体的中间结构，之后，还需在上一步骤得到的中间结构上形成打印单元粘合层B得到具有打印单元粘合层B的中间结构，再将生物打印单元C粘合在具有打印单元粘合层B的中间结构上；需要时，重复执行在中间结构上形成打印单元粘合层B及在该打印单元粘合层B上再粘合生物打印单元C的步骤一次或数次，以形成具有多层生物打印粘合层C的生物构建体。

步骤5中，通过医用胶喷头11在生物构建体表面均匀挤出一层用于粘连生物砖和管腔组织的医用胶层；

步骤7中，当制得生物构建体后，空心杆231朝向旋转杆211进行运动，直至空心杆231完全套设在旋转杆211外部，此时管腔组织完全位于生物构建体外部，空心杆231朝向远离旋转杆211的方向进行运动，此时夹抱机构22阻止管腔组织跟随空心杆231运动，最终，空心杆231与旋转杆211完全分开，但管腔组织依然留在生物构建体外部。由于机械结构的限制，此时管腔组织与生物构建体之间必然具有间隙，此时通过支撑平台224对管腔组织提供一个向上的力，避免管腔组织由于重力的作用向下运动导致生物构建体与人工血管之间的贴合不均匀。继而向旋转杆211内通气，将弹性膜撑起，使得生物构建体完全贴合在管腔组织内壁上。加热件212加热，加快生物打印单元与打印单元粘合层B凝固，最终得到管腔组织构建体，将管腔组织构建体从旋转杆211上取下即可。

在进行生物构建体打印时，弹性膜A呈自然状态包覆在旋转杆表面，生物打印单元在弹性膜A的表面组成生物构建体，在管腔组织构建体制备完成后，由于弹性膜A呈自然状态包裹在旋转杆表面，这时弹性膜A的内径小于官腔组织构建体的内径，所以便于取下官腔组织构建体。

在一些实施例中，管腔组织构建体的制造方法还包括检测生物构建体内壁的平整度。由于打印好后的管腔组织构建体需要检测其内壁的平整度，在本发明管腔组织构建体打印装置一个改进的实施例中，管腔组织构建体打印装置还包括可在旋转杆211内部移动的光学探头，用于检测生物构建体内壁的平整度，旋转杆211由透明材料制成。将光学探头设计成可在旋转杆211内部移动的形式，在将管腔组织构建体从旋转杆211上取下之前，移动光学探头，通过图像采集软件对生物构建体内壁进行拍照，判断打印的生物砖涂层是否完整和光滑平整，充分利用旋转杆211内部中空的结构，提高结构利用率，具有较高的可实施性。

对于如何实现光学探头可在旋转杆211内部移动，在一些改进的实施例中，光学探头固定设置在空心杆231内，例如将空心杆231设计为双层嵌套结构，第一层用于套设人工血管，第二层前端设置光学探头；旋转杆211也为双层结构，双层结构中的夹层内通气，用于撑起弹性膜，弹性膜仅覆盖在旋转杆211表面而不覆盖前端，这样是为了能够让光学探头伸入旋转杆211内。在组装过程中，管腔组织套设在生物构建体表面，光学探头也随空心杆231移动到生物构建体的最远端，当褪下管腔组织时，光学探头也随空心杆231移动到人工前提组织的最前端，从而在组装的过程中完成平整度检测。当然，在其他一些改进的实施例中，光学探头可移动地设置在空心杆231内，即光学探头相对于空心杆231独立运动，同样能够完成平整度检测。在其他一些改进的实施例中，光学探头可移动地设置在旋转杆211内，光学探头从旋转杆211内的一端移动到另一端，完成平整度检测。

尽管在本发明前述实施例中采用了图1至图16所示的管腔组织构建体打印装置打印生物构建体，但是本文中使用的术语“生物打印”是指：利用生物材料(包括但不限于，生物分子例如蛋白质，脂质，核酸和代谢产物；细胞例如细胞溶液、含细胞的凝胶、细胞悬浮液、细胞浓缩物、多细胞聚集体和多细胞体；亚细胞结构例如细胞器和细胞膜；与生物分子相关的分子例如合成的生物分子或生物分子的类似物)的打印。如本文中使用的，术语“打印”是指，按照预定的模式沉积材料的过程。在本发明中，生物打印优选地通过与自动的或半自动的、计算机辅助的三维原型装置(例如生物打印机)相匹配的方法来实现。然而，在本发明中，“打印”(例如生物打印)可通过各种方法来进行，包括但不限于，使用打印机(例如3D打印机或生物打印机)进行打印；使用自动化或非自动化机械过程(而非打印机)进行打印；通过手工放置或手工沉积(例如使用移液器)进行打印。

以下结合附图17-28说明生物构建体制备的另外两种实施方式，第一种通过手动抓取-放置生物打印单元的方式制备生物构建体，第二种通过生物构建体打印装置打印的方式制备生物构建体。

在本发明生物构建体打印的一个实施例中，结合图17～图19所示，管腔组织构建体的制造方法中，步骤3(生物构建体打印步骤)包括：

步骤31：提供至少一种生物打印单元C；

步骤33：在弹性膜A的预设区域形成打印单元粘合层B；

步骤35：将生物打印单元C粘合在打印单元粘合层B上，以形成生物构建体或生物构建体的中间结构，即至少形成生物构建体的一部分。

打印单元粘合层B可以通过涂覆、打印黏合剂等方式形成。

在图17所示的示意性的实施例中，生物构建体为管腔结构，支持物为旋转杆。生物构建体打印时通过在弹性膜A的预设区域涂覆第一试剂以形成打印单元粘合层B，继而将生物打印单元C粘合在打印单元粘合层B上，也就是说在弹性膜A上打印生物打印单元C之前，已经在弹性膜A的预设区域涂抹了可粘合生物打印单元C的打印单元粘合层B，实现了弹性膜A和生物打印单元C之间存在用于粘合生物打印单元C的打印单元粘合层B，改善了现有的生物打印单元同黏合剂被一起打印出来的方式存在生物打印单元的部分区域未涂覆黏合剂的情况，有利于避免部分生物打印单元在支持物上发生滑动或掉落的情况。

相较于采用粘度比较高的生物相容性材料和生物打印单元混合挤出的方案，该生物构建体打印步骤将打印单元粘合层B和生物打印单元C分别独立地进行分层打印和排布，避免了混合材料挤出时流动性不佳、出料不连续，容易堵塞出口的问题，避免了打印过程中为了克服喷头的机械外力作用来实现粘度比较高的生物打印单元打印而对生物墨汁中的细胞造成较大损伤的问题。

该生物构建体打印步骤将生物打印单元通过粘合层粘附在支持物上，无需设置固定生物打印单元细胞体的针，避免了针对生物打印单元中细胞体的穿刺而造成损伤，有利于保持生物打印单元的生物活性。而且本发明实施例对于生物打印单元的均匀要求较低，只需将生物打印单元粘合在粘合层上即可，在打印过程中可以按需设置打印单元之间的间距，避免相邻生物打印单元之间的相互挤压。此外，使用者可以根据实际情况随时改变生物打印单元的分布情况，有利于提高生物构建体的打印自由度和灵活程度，通过不同粒径大小的生物打印单元的结合形成多样的生物构建体。

对于生物打印单元C如何能够粘合在打印单元粘合层B上，优选地或可选地，第一试剂含有自身具有黏性的物质，其单独就能产生粘合力，生物打印单元C利用第一试剂自身的黏性粘合在打印单元粘合层B上。作为生物构建体打印步骤的另一种优选实施方式，生物打印单元C的全部或部分表面附着有第二试剂，生物打印单元C通过第一试剂与第二试剂接触所产生的粘连效果粘合在打印单元粘合层B上。第一试剂与第二试剂接触所产生的粘连效果较好，能够很可靠稳定地将生物打印单元C粘合在打印单元粘合层B上，具有较高的可实施性。例如，第一试剂含有凝血酶，第二试剂含有纤维蛋白酶，第一试剂和第二试剂接触时凝血酶和纤维蛋白酶能够快速相互反应，实现生物打印单元C的粘合固定，当然可选地，第一试剂含有纤维蛋白酶，第二试剂含有凝血酶，同样可产生粘合效果。再例如，第一试剂含有氯化钙，第二试剂含有海藻酸钠，第一试剂和第二试剂接触时氯化钙和海藻酸钠能够快速相互反应，实现生物打印单元C的粘合固定，同理可选地，第一试剂含有海藻酸钠，第二试剂含有氯化钙，也可产生粘合效果。在该优选的实施方式中，第一试剂和第二试剂本身不包含黏性物质，而是通过相互反应产生了相互的粘合力，相较于利用自身具有黏性的物质的粘合方式，粘合效果更好，也有利于单独的操控。

作为对上述优选实施方式的改进，在一些实施例中，步骤33包括：在弹性膜A的预设区域先形成隔离介质层D，打印单元粘合层B通过隔离介质层D形成在弹性膜A上。形成隔离介质层D的目的在于便于打印完成后将生物构建体从弹性膜A上整体脱落下来。隔离介质层D可以通过涂覆、打印隔离介质的方式形成。

优选地，隔离介质包括温敏性水凝胶，一方面，利用温敏性水凝胶的温敏性，打印完成的生物构建体能够很轻松地从弹性膜A上整体脱落下来，另一方面，温敏性水凝胶能够方便将打印单元粘合层B和生物打印单元C吸附在弹性膜A上，保证生物打印单元C不脱落。

在打印生物构建体的过程中，需要打印多层生物打印单元C，在一些实施例中，结合图18和图19所示，在一些实施例中，在弹性膜A上打印生物构建体还包括：

步骤37：在上一步骤得到的中间结构上形成打印单元粘合层B以得到具有打印单元粘合层B的中间结构；

步骤39：将生物打印单元C粘合在得到的具有打印单元粘合层B的中间结构上。

在一些实施例中，在弹性膜A上打印生物构建体还包括重复步骤37和步骤39一次或数次。

本实施例中，在上一步骤得到的生物构建体结构上涂覆第一试剂用于粘合即将打印的下一层生物打印单元C，之后生物打印单元C通过涂覆的第一试剂形成的新的粘合层进行粘合固定。如此重复一次或数次即可得到预设层数的生物构建体。

为了保护或支撑打印成型的生物构建体，在一些优选实施例中，步骤5包括：在生物构建体的表面上先形成支撑层；通过支撑层在生物构建体上形成构建体粘合层。支撑层例如可以通过喷涂、打印成型材料或支撑材料形成。

在上述实施例中，生物构建体为管腔状结构，支持物优选地为旋转杆211。该生物构建体打印步骤尤其适用于打印管腔状结构。该生物构建体打印步骤能够使得被打印的生物打印单元在旋转杆旋转时不会滑动或掉落，更好地解决了如何精准打印及排布的问题。

管腔状结构为例如为血管前体，成型材料或支撑材料包括生物相容性材料，生物相容性材料尤其为人工血管材料。如图18和图19所示，利用该生物构建体打印步骤的打印过程中，对于生物打印单元C的先后排布方式，可以选择如图18所示的“先圆周后直线阵列”的排布方式，也可以选择如图19所示的“先直线后圆周阵列”的排布方式。

对于如何制备生物构建体，可以选用连续打印方法，即打印喷头(如生物砖喷头12)将生物打印单元C连续打印喷涂在打印单元粘合层B上，也可以优选地采用其它形式。例如可以采用图20所示的抓取-放置的打印形式。图20所示的抓取-放置的打印形式，即可以用于手动方式，也可以用于生物构建体打印装置。

在图20所示的实施例中，当采用手动方式时，步骤3(生物构建体打印步骤)包括：

步骤31：在生物砖容器中提供至少一种生物打印单元C；

步骤33：在套装在旋转杆上的弹性膜A的预设区域形成打印单元粘合层B；

步骤35：用吸取部件315从生物砖容器中手动吸取生物打印单元C，将吸取部件315移动至打印单元粘合层B位置处并释放生物打印单元C，以使将生物打印单元C粘合在打印单元粘合层B上，多次吸取、粘合生物打印单元，直至在打印单元粘合层B上形成一层生物打印单元C以形成生物构建体或生物构建体的中间结构，即至少形成生物构建体的一部分。

该手动抓取-放置的放置方式，一方面可以解决精准打印及排布问题，在打印过程中可以按需设置打印单元之间的间距，避免相邻生物打印单元之间的相互挤压。另一方面避免了传统打印方式在打印过程中喷头堵塞、砖排布不均等问题。优选地，每个吸取部件315每次只吸取单个生物打印单元C，从而很好地实现了生物打印单元C的精确摆放，继而将生物打印单元C一个一个摆放在打印单元粘合层B上进行粘合，实现了高精度的生物构建体的打印制造。

对于如何实现对生物打印单元C的吸取和释放，在一些实施例中，包括：利用吸取部件315预先吸取液体，使吸取部件315的吸取端形成液膜；利用吸取部件315吸取生物打印单元C，使生物打印单元C被保持在吸取部件315的吸取端并与液膜接触。

在该实施例中，预先吸入吸取部件315内的液体可以润湿吸取部件315的吸取端(本实施例中的吸取部件为移液枪，吸取端具体地为移液枪的枪口处，在其余实施方式中，也可以采用吸液管、滴定管、注射器等)，使得吸取部件315的吸取端形成液膜，该液膜可以在吸取部件315继续吸取生物打印单元C时，避免吸取端与生物打印单元C直接接触，从而可以防止生物打印单元C的形态及生物活性因与吸取端刚性接触而受到损害和破坏。并且，由于液膜可以隔开吸取端与生物打印单元C，即使粒径小于吸取端吸取口直径的生物打印单元C也可以在液膜及负压的作用下被保持在吸取口处，因此，通过设置液膜还可以有效克服非吸入微粒获取方式对生物打印单元C的粒径要求，扩大这种非吸入微粒获取方式的适用范围，使得更多规格及更多种类的生物打印单元C能够在受到较小损伤的前提下被操控，而由于较小粒径的生物打印单元C，其内部包含的细胞数量相对较少，对于营养供应的需求相对较低，因此，利用液膜实现对较小粒径生物打印单元C的非吸入式获取，也有利于在打印过程中更好地维持生物打印单元C的生物活性，并有助于最终得到具有更好生物活性的生物构建体。

此外，预先在吸取端所形成的液膜，可以对后吸取的生物打印单元C起到吸引作用，使得生物打印单元C不仅受到负压作用，还同时受到液膜的表面张力作用，一方面，这可以减少吸取部件315所需施加的负压，不仅能够降低吸取技术要求，提高吸取成功几率，还能够减轻吸取力对生物打印单元C的损伤；另一方面，这也可以使生物打印单元C被更牢固地保持在吸取端的吸取口处，提高吸取过程的牢固性，并使得生物打印单元C在被移位的过程中能够牢固地被保持在枪口处，不易掉落，提高移位过程的稳定性及可靠性；再一方面，液膜可以使生物打印单元C被吸出直至被放置于设定打印位置的过程中始终处于液体环境中，而液体环境是生物打印单元C保持生物活性的一个重要因素，因此，通过设置液膜，可以使得生物打印单元C即使在移位过程中也仍然能够保持良好的活性，提高生物打印的成功率。

作为上述实施例的优选，吸取部件315预先吸取的液体包括第二试剂，生物打印单元C与液膜接触使生物打印单元C的全部或部分表面附着有第二试剂，生物打印单元C通过第一试剂与第二试剂接触所产生的粘连效果粘合在打印单元粘合层B上。通过在吸取部件315预先吸取的液体内加入第二试剂，生物打印单元C在被吸取的过程中能够被第二试剂所附着，因而在生物打印单元C被抓取前无需在生物打印单元C的全部或部分表面附着第二试剂，简化打印流程，具有较高的可实施性。

优选地，将吸取部件315移动至打印单元粘合层B附近，并利用吸取部件315释放生物打印单元C由吸取部件315的吸取端落至打印单元粘合层B，这样可以利用生物打印单元C的自重使其下落至打印单元粘合层B上，改善吸取部件315吸取端与打印单元粘合层B发生接触而损坏打印单元粘合层B和生物打印单元C。

本发明实施例的生物构建体的制造方法除了利用前述的管腔组织构建体打印装置实现外，还可以利用生物构建体打印装置实现，最后，再将打印完毕的生物构建体与管腔组织进行组装，形成管腔组织构建体。

在图17～28所示的实施例中，步骤3(生物构建体打印步骤)包括：

步骤31：在打印单元试剂盒304中提供至少一种生物打印单元C；

步骤33：利用第一涂覆部件321在套设于支持物329(例如旋转杆)上的弹性膜A的预设区域涂覆第一试剂以形成打印单元粘合层B；

步骤35：利用放置机构(例如打印喷头)将生物打印单元C放置在打印单元粘合层B上，使生物打印单元C被粘合在打印单元粘合层B上，以形成生物构建体或生物构建体的中间结构。

在生物构建体打印装置的一个示意性实施例中，结合图17～图28所示，生物构建体打印装置包括：支持物329、第一涂覆部件321以及放置机构，其中，第一涂覆部件321能够在支持物329上套设的弹性膜A的预设区域涂覆第一试剂以形成打印单元粘合层B；放置机构能够将生物打印单元C放置在打印单元粘合层B上，以使生物打印单元C被粘合在打印单元粘合层B上，以形成生物构建体或生物构建体的中间结构。

在该示意性的实施例中，设置支持物329、第一涂覆部件321以及放置机构。支持物329用于支撑生物打印单元C，通过第一涂覆部件321在支持物329上套设的弹性膜A的预设区域涂覆第一试剂以形成打印单元粘合层B，继而放置机构将生物打印单元C放置在打印单元粘合层B上，使得生物打印单元C粘合在打印单元粘合层B上，也就是说在弹性膜A上打印生物打印单元C之前，已经在弹性膜A的预设区域涂抹了可粘合生物打印单元C的打印单元粘合层B，实现了弹性膜A和生物打印单元C之间存在用于粘合生物打印单元C的打印单元粘合层B，改善了现有的生物打印单元同黏合剂被一起打印出来的方式存在生物打印单元的部分区域未涂覆黏合剂的情况，有利于避免了部分生物打印单元在弹性膜A上发生滑动或掉落的情况。

相较于采用粘度比较高的生物相容性材料和生物打印单元混合挤出的方案，本发明实施例的生物构建体打印装置能够将打印单元粘合层B和生物打印单元C分别独立地进行分层打印和排布，避免了混合材料挤出时流动性不佳、出料不连续，容易堵塞出口的问题，避免了打印过程中为了克服喷头的机械外力作用来实现粘度比较高的生物打印单元打印而对生物墨汁中的细胞造成较大损伤的问题。

本发明实施例的生物构建体打印装置将生物打印单元C通过打印单元粘合层B粘附在弹性膜A上，无需设置用于固定生物打印单元C中细胞体的针，避免了针对生物打印单元C中细胞体的穿刺而造成损伤，有利于保持生物打印单元C的生物活性。而且本发明实施例对于生物打印单元C的均匀要求较低，只需将生物打印单元C粘合在粘合层上即可，在打印过程中可以按需设置打印单元之间的间距，避免相邻生物打印单元C之间的相互挤压。此外，使用者可以根据实际情况随时改变生物打印单元C的分布情况，有利于提高生物构建体的打印自由度和灵活程度，通过不同粒径大小的生物打印单元的结合形成多样的生物构建体。

在本发明生物构建体打印装置的一个改进的实施例中，结合图17和图23所示，生物构建体打印装置还包括第二涂覆部件316，第二涂覆部件316能够在支持物329上套设的弹性膜A的预设区域预先涂覆隔离介质以形成隔离介质层D，打印单元粘合层B通过隔离介质层D涂覆在弹性膜A上。在涂覆打印单元粘合层B之前通过第二涂覆部件316在支持物329上套设的弹性膜A的预设区域预先涂覆隔离介质以形成隔离介质层D，再通过第一涂覆部件321将打印单元粘合层B涂覆在隔离介质层D上，涂覆隔离介质层D的目的在于便于打印完成后将生物构建体从弹性膜A整体脱落下来。

优选地，隔离介质包括温敏性水凝胶，一方面，利用温敏性水凝胶的温敏性，打印完成的生物构建体能够很轻松地从弹性膜A上整体脱落下来，另一方面，温敏性水凝胶能够方便将打印单元粘合层B和生物打印单元C吸附在弹性膜A上，保证生物打印单元C不脱落。

对于放置机构的结构形式，放置机构可以为传统的连续打印喷头，连续打印喷头将生物打印单元C连续打印喷涂在打印单元粘合层B上，也可以优选地采用抓取-放置的结构形式，即：在一些实施例中，放置机构包括吸取部件315，吸取部件315能够吸取生物打印单元C并移动至打印单元粘合层B位置处释放生物打印单元C，以使将生物打印单元C粘合在打印单元粘合层B上。吸取部件315能够实现抓取-放置的放置方式，一方面可以解决精准打印及排布问题，在打印过程中可以按需设置打印单元之间的间距，避免相邻生物打印单元之间的相互挤压。另一方面避免了传统打印方式在打印过程中喷头堵塞、砖排布不均等问题。优选地，吸取部件315包括至少一个吸取部位，每个吸取部位每次只吸取单个生物打印单元C，从而很好地实现了生物打印单元C的精确摆放，继而将生物打印单元C一个一个摆放在打印单元粘合层B上进行粘合，实现了高精度的生物构建体的打印制造。其中，吸取部件315可以包括一个吸取部位，也可以优选地包括数个吸取部位，数个吸取部位能够将吸取的多个生物打印单元C同时释放至打印单元粘合层B，这样有利于提高打印效率，节省打印时间。

对于吸取部件315如何实现对生物打印单元C的吸取和释放，在一些实施例中，结合图20和图23，吸取部件315能够预先吸取液体并使吸取部件315的吸取端形成液膜，生物打印单元C被吸取部件315吸取后保持在吸取部件315的吸取端并与液膜接触。本实施例中的吸取部件为移液枪，吸取端具体地为移液枪的枪口处，液膜由移液枪的枪口通过吸气形成，在其余实施方式中，也可以采用吸液管、滴定管、注射器等来实现。预先吸入吸取部件315内的液体可以润湿吸取部件315的吸取端，使得吸取部件315的吸取端形成液膜，该液膜可以在吸取部件315继续吸取生物打印单元C时，避免吸取端与生物打印单元C直接接触，从而可以防止生物打印单元C的形态及生物活性因与吸取端刚性接触而受到损害和破坏。并且，由于液膜可以隔开吸取端与生物打印单元C，即使粒径小于吸取端吸取口直径的生物打印单元C也可以在液膜及负压的作用下被保持在吸取口处，因此，通过设置液膜还可以有效克服非吸入微粒获取方式对生物打印单元C的粒径要求，扩大这种非吸入微粒获取方式的适用范围，使得更多规格及更多种类的生物打印单元C能够在受到较小损伤的前提下被操控，而由于较小粒径的生物打印单元C，其内部包含的细胞数量相对较少，对于营养供应的需求相对较低，因此，利用液膜实现对较小粒径生物打印单元C的非吸入式获取，也有利于在打印过程中更好地维持生物打印单元C的生物活性，并有助于最终得到具有更好生物活性的生物构建体。

此外，预先在吸取端所形成的液膜，可以对后吸取的生物打印单元C起到吸引作用，使得生物打印单元C不仅受到负压作用，还同时受到液膜的表面张力作用，一方面，这可以减少吸取部件315所需施加的负压，不仅能够降低吸取技术要求，提高吸取成功几率，还能够减轻吸取力对生物打印单元C的损伤；另一方面，这也可以使生物打印单元C被更牢固地保持在吸取端的吸取口处，提高吸取过程的牢固性，并使得生物打印单元C在被移位的过程中能够牢固地被保持在枪口处，不易掉落，提高移位过程的稳定性及可靠性；再一方面，液膜可以使生物打印单元C被吸出直至被放置于设定打印位置的过程中始终处于液体环境中，而液体环境是生物打印单元C保持生物活性的一个重要因素，因此，通过设置液膜，可以使得生物打印单元C即使在移位过程中也仍然能够保持良好的活性，提高生物打印的成功率。

为了配合吸取部件315每次只吸取单个生物打印单元C来实现高精度打印，在一些实施例中，结合图21、图25和图26所示，生物构建体打印装置还包括用于盛放生物打印单元C的打印单元试剂盒304，打印单元试剂盒304内设有多个孔位324，每个孔位324用于存放单个生物打印单元C。

为了实现对生物打印单元C的精确捕捉以便于对吸取部件315进行准确定位，如结合图17、图23以及图26所示，生物构建体打印装置还优选地包括控制机构和用于对打印单元试剂盒304内的生物打印单元C进行位置捕捉的视觉系统314，视觉系统314能够在捕捉到单个生物打印单元C后向控制机构发送反馈信号，控制机构根据反馈信号控制吸取部件315移动至打印单元试剂盒304中对应的位置并吸取生物打印单元C，继而控制吸取部件315移动至打印单元粘合层B位置处释放生物打印单元C。其中视觉系统314优选地由CCD相机组成，能够易于实现对生物打印单元C在打印单元试剂盒304内的位置的精确捕捉，继而将位置信号反馈给控制机构，实现自动化数字控制，有利于提高打印效能。

作为对上述实施例的改进，如图24所示，生物构建体打印装置还包括第三涂覆部件320，用于在生物构建体表面喷涂成型材料或支撑材料，通过设置第三涂覆部件320，打印成型的生物构建体表面上喷涂有成型材料或支撑材料，用于保护或支撑打印成型的生物构建体。

在上述实施例中，生物构建体可以为非管腔状结构，此时支持物为平面基体；也可以优选地为管腔状结构，此时支持物329优选地为旋转杆，预设区域为旋转杆的外壁。本发明生物构建体打印装置尤其适用于打印管腔状结构，具体地管腔状结构为血管前体，成型材料或支撑材料包括生物相容性材料。

如图18和图19所示，利用本发明生物构建体打印装置的打印过程中，对于生物打印单元C的先后排布方式，可以选择如图18所示的“先圆周后直线阵列”的排布方式，也可以选择“先直线后圆周阵列”的排布方式。

下面以管腔状结构为血管前体、支持物329为旋转杆为例结合图21～图27所示的实施例来说明本发明生物构建体打印装置的结构及打印生物构建体的过程。

如图21所示，生物构建体打印装置的主体结构包括基座301、第一喷头组件302、第二喷头组件303、打印单元试剂盒304、旋生仪305以及电控箱306，电控箱306内设置有控制机构。如图6所示，在基座上设有立柱307，立柱307上设有光栅尺308和导轨310、直线电机309和分别对第一喷头组件302和第二喷头组件303进行Z向升降控制的第一Z向运动模组312和第二Z向运动模组311。

如图7所示，第一喷头组件302主要由第一固定立板313、视觉系统314、吸取部件315、第二涂覆部件316(优选为喷头)、第一驱动导轨317以及第一驱动气缸318组成，视觉系统314、吸取部件315、第二涂覆部件316、第一驱动导轨317以及第一驱动气缸318通过第一固定立板313设置在立柱307的一侧。如图24所示，第二喷头组件303主要由第二固定立板319、第三涂覆部件320、第一涂覆部件321、第二驱动导轨322以及第二驱动气缸323组成，第三涂覆部件320、第一涂覆部件321、第二驱动导轨322以及第二驱动气缸323通过第二固定立板319设置在立柱307的另一侧。

如图25和图26所示，打印单元试剂盒304主要由孔板支架325、位于孔板支架325内的孔板，孔板内形成有多个孔位324、透视光源、驱动电机326以及第三驱动导轨327组成。透视光源的作用是提供透视光使得视觉系统314在光源的作用下更容易检测到生物打印单元C。如图27所示，旋生仪305主要由支座328、旋转电机330、支持物329(旋转杆)以及设置在支座328两侧的刮料绳331组成，旋转电机330用于驱动旋转杆的旋转从而便于调整打印位置，刮料绳331用于对第一涂覆部件321、第二涂覆部件316以及第三涂覆部件320喷出多余的料液进行刮磨，避免产生堵塞。

在打印过程中，首先，将第一喷头组件302沿Z轴上移至安全距离，使第二涂覆部件316放下时不会撞至基座301上任何的物体。然后在第一驱动气缸318的作用下，第二涂覆部件316沿第一驱动导轨317下行到限位底部。第一喷头组件302在直线电机309的作用下，沿导轨310作X向运动至支持物329的打印范围，该打印范围对应于套装于支持物329上的弹性膜A的预设区域。第一喷头组件302在第一Z向运动模组312的控制下，沿Z轴向往下至打印高度，第二涂覆部件316喷出隔离介质(温敏性水凝胶)以在弹性膜A上形成隔离介质层D。喷完之后，第二涂覆部件316在第一驱动气缸318的作用下，沿第一驱动导轨317上行至上限根部，第一喷头组件302回到左侧位置。

其次，将第二喷头组件303沿Z轴上移至安全距离，使第一涂覆部件321放下时不会撞到下面的任何物体，然后在第二驱动气缸323的作用下，第一涂覆部件321沿第二驱动导轨322下行到限位底部。第二喷头组件303在直线电机309的作用下，沿导轨310作X向运动至支持物329的打印范围，第二喷头组件303在第二Z向运动模组311的控制下，沿Z向往下至打印高度，第一涂覆部件321喷出第一试剂以形成如图17所示的打印单元粘合层B。喷完之后，第一涂覆部件321在第二驱动气缸323的作用下，沿第二驱动导轨322上行至上限根部，第二喷头组件303回到右侧位置。

在弹性膜A上喷好两层材料(即打印单元粘合层B和隔离介质层D)之后，将进行粘合生物打印单元C的工作。首先是采用视觉系统314对生物打印单元C进行定位。由于视觉系统314不对堆叠的物体进行识别，因此需要把每个生物打印单元C放在单独的孔位324里，以防形成堆叠。这点在生物打印单元C制备的时候就已经做好了，保证每个孔位324里只有一个生物打印单元C。此时只需将视觉系统314中的相机镜头中心对准孔位324上的圆圈范围，在该范围内只有一个生物打印单元C，因此很快就能识别出生物打印单元C，并准确定位。具体实施如下：在程序设定后，将视觉系统314中的相机镜头的中心对准孔板内左上角第一个孔位324，通过驱动电机326沿着第三驱动导轨327做Y向运动，第一喷头组件302做X向运动来实现。通过第一喷头组件302做Z向运动，使相机镜头顶端与被捕捉物体保持预设的距离，此时，生物打印单元C正好位于相机焦距范围内，且该范围内只有一个生物打印单元C，因此，实现了生物打印单元C的快速捕捉定位。

在得到第一喷头组件302的中心位置后，控制机构自动换算出与吸取部件315的X、Y的坐标值。在控制机构的作用下，通过驱动电机326沿着第三驱动导轨327做Y向运动做Y向运动，第一喷头组件302做X向运动，使吸取部件315对准捕捉的生物打印单元C中心。同时，第一喷头组件302做Z轴下行运动到设定距离后，如图20所示，吸取部件315开启吸气功能，吸住生物打印单元C，使其不掉落。第一喷头组件302沿Z向上行至安全距离，再沿X向运动到支持物329需摆放生物打印单元C的位置，第一喷头组件302沿Z轴向下运动行至程序设定高度，吸取部件315自动开启吹气功能，将生物打印单元摆放到套装于支持物329上的弹性模A上，第一颗生物打印单元摆放完毕。重复之前的动作，在放第二颗生物打印单元C的时候，根据生物打印单元C与排列要求的不同，作为支持物329的旋转杆将自动移动相应的距离，以实现在弹性膜A上精确排布。以此类推，从而实现图18和图19所示的重复打印，直到生物打印单元C将旋转杆表面铺满，结束生物打印单元C的摆放，第一喷头组件302回到左侧位置。

最后，移动第二喷头组件303，将第三涂覆部件320移动到打印位置，喷出成型材料或支撑材料(例如最外层的生物相容性材料)，打印生物构建体的过程完毕。

本文中的“步骤n”仅仅表示步骤n的步骤名称，如果没有明确表明各步骤的先后顺序，各步骤的编号大小及各步骤的描述顺序均不代表各步骤必须具有的先后顺序，在顺序描述两个步骤时，这两个步骤之间可以没有其它步骤也可以安排其它步骤。

本发明提及了多个实施例，在不同的实施例之间，只要不发生矛盾，各实施例的技术特征之间可以根据需要进行组合和/或替换。

以上结合的实施例对于本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、等效替换和变型仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，包括：

步骤1：在支持物上套装弹性膜；

步骤3：在弹性膜上打印生物构建体；

步骤5：在生物构建体上形成构建体粘合层；

步骤7：将管腔组织粘合于所述构建体粘合层上；

其中，将所述管腔组织粘合于所述构建体粘合层上包括：撑大所述弹性膜以增大所述生物构建体及构建体粘合层的外径使所述构建体粘合层与所述管腔组织内壁贴合。

2.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤31：提供至少一种生物打印单元；

步骤33：在弹性膜的预设区域形成打印单元粘合层；

步骤35：将所述生物打印单元粘合在所述打印单元粘合层上，以形成生物构建体或生物构建体的中间结构。

3.根据权利要求2所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述步骤33包括：在所述弹性膜的预设区域先形成隔离介质层，将所述打印单元粘合层通过所述隔离介质层形成在所述弹性膜上。

4.根据权利要求2所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述步骤3还包括：

步骤37：在上一步骤得到的中间结构上形成打印单元粘合层得到具有打印单元粘合层的中间结构；

步骤39：将所述生物打印单元粘合在所述具有打印单元粘合层的中间结构上。

5.根据权利要求4所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述步骤3包括：重复步骤37和步骤39一次或数次。

6.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述步骤5包括：在所述生物构建体的表面上先形成支撑层；通过所述支撑层在所述生物构建体上形成构建体粘合层。

7.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述步骤5包括：在生物构建体上打印黏合剂以形成所述构建体粘合层。

8.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述生物构建体为管腔结构，所述支持物为旋转杆。

9.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，所述步骤7包括：

将管腔组织套装于空心杆外；

将空心杆套装于形成有所述构建体粘合层的所述生物构建体外；

抽出所述空心杆的同时将所述管腔组织留置于所述生物构建体外；

将所述管腔组织粘合于所述构建体粘合层上。

10.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，从所述支持物内部向所述支持物表面输送气体以撑大所述弹性膜。

11.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，还包括加热所述支持物。

12.根据权利要求1所述的管腔组织构建体的制造方法，其特征在于，还包括检测所述生物构建体内壁的平整度。

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