CN112169016B - 微球打印装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微球打印装置，微球打印装置包括喷射装置、存储装置、第一驱动装置与第二驱动装置，喷射装置内部具有第一通道；存储装置内部具有第二通道，第二通道与第一通道连通，用于存放微球与分散相介质；第一驱动装置与喷射装置连接，用于驱动第一通道内的微球喷出；第二驱动装置与存储装置连接，用于驱动第二通道内的微球进入第一通道。本发明中，微球可以在第一驱动装置的驱动下喷出，从而实现无接触打印，避免打印装置接触生物组织而造成污染，同时，微球具有一定的黏度，有助于维持尺寸的稳定。

Description

微球打印装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及微球打印装置。

背景技术

液滴式打印是一种广泛应用的生物材料打印方法，主要通过外部的驱动力将液滴发射到基板上，然而液滴式生物打印仅能够打印粘度较低的生物材料，液滴在驱动力的作用下难以保证尺寸的均匀。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种微球打印装置，有助于维持尺寸的稳定。

根据本发明实施例的微球打印装置，包括：

喷射装置，内部具有第一通道和第四通道；

存储装置，内部具有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通，用于存放微球与分散相介质；

第一驱动装置，与所述喷射装置连接，用于驱动所述第一通道内的微球喷出；

第二驱动装置，与所述存储装置连接，用于驱动所述第二通道内的微球进入所述第一通道；

其中，所述第一通道分别在所述喷射装置上形成第一入口与出口，所述第一驱动装置与所述第一入口连接，所述第四通道的一端与所述第一通道连接，另一端在所述喷射装置上形成第二入口，所述存储装置与所述第二入口连接。

根据本发明实施例的微球打印装置，至少具有如下有益效果：

本实施例中，微球可以在第一驱动装置的驱动下喷出，从而实现无接触打印，避免打印装置接触生物组织而造成污染，同时，微球具有一定的黏度，有助于维持尺寸的稳定。

根据本发明的一些实施例，还包括喷嘴，所述喷嘴与所述出口连接，所述喷嘴的内部具有第三通道，所述第三通道至少包括第一段，沿微球的喷出方向，所述第一段的直径逐渐缩小。

根据本发明的一些实施例，所述第一段的直径逐渐缩小至小于所述微球的直径。

根据本发明的一些实施例，所述第三通道还包括第二段，沿所述喷出方向，所述第二段与所述第一段依次设置，所述第二段的直径等于所述第一段的最大直径。

根据本发明的一些实施例，所述第一驱动装置包括能够向所述第一通道内施加压力介质的动力件。

根据本发明的一些实施例，所述第一通道分别在所述喷射装置上形成第一入口与出口，所述存储装置与所述第一入口连接，所述第一驱动装置包括加热件，所述加热件用于对所述第一通道内的所述分散相介质进行加热，以使所述分散相介质汽化以推出微球。

根据本发明的一些实施例，所述第一通道的直径D1与微球的直径D满足：D≤D1＜D*2。

根据本发明的一些实施例，所述第二通道的直径D2与微球的直径D满足：D≤D2＜D*2。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例的微球打印装置的立体示意图；

图2为图1中微球打印装置的喷射装置的剖面示意图；

图3是图1中微球打印装置的喷嘴的剖面示意图；

图4是本发明另一实施例的微球打印装置的立体示意图；

图5是图4中A区域的放大示意图；

图6是由本发明实施例的微球打印装置打印制得的生物组织的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

相关技术中，生物组织通常使用液滴式打印的方法制备，液滴式生物打印适用于粘度较低的生物材料，打印线径过大，且难以保证液滴尺寸的均匀。基于上述，本发明公开了一种微球打印装置，通过微球喷射实现无接触打印，微球具有一定的黏度，有助于维持尺寸的稳定，以下结合附图对本发明实施例的微球打印装置进行具体描述。

参照图1、图2，本发明实施例的微球打印装置包括喷射装置100、存储装置200、第一驱动装置300与第二驱动装置400，其中，喷射装置100的内部具有第一通道110。存储装置200的内部具有第二通道，第二通道与第一通道110连通，用于存放微球与分散相介质。第一驱动装置300与喷射装置100连接，用于驱动第一通道110内的微球喷出，实现打印无接触打印。第二驱动装置400与存储装置200连接，用于驱动第二通道内的微球进入第一通道110，实现微球的持续补充。

存储装置200内可以通过预先存放的方式存储微球与分散相介质，分散相介质一方面可以实现微球的均匀分布，避免微球的聚集，同时也能够作为润滑液与微球同时喷出，保证打印的顺畅进行。微球可以是水凝胶等材料制成的软质微球，分散相介质可以采用与微球不相溶且能够保存生物组织的介质，微球的材质、制备以及分散相介质的选用均可以采用公知技术，在此不作详述。

存储装置200可以是软管，相应的，第一驱动装置300可以通过软管与喷射装置100连接，如此，喷射装置100可以在外部驱动装置的驱动下移动以进行打印。

本实施例中，微球可以在第一驱动装置300的驱动下喷出，从而实现无接触打印，避免打印装置接触生物组织而造成污染，同时，微球具有一定的黏度，有助于维持尺寸的稳定。当应用于生物组织的打印时，利于细胞的封装与固定。

参照图2，能够理解的是，第一通道110分别在喷射装置100上形成第一入口120与出口130，第一驱动装置300与第一入口120连接，能够驱动微球从出口130喷出。第一通道110可以是图中所示的直线型通道。喷射装置100可以是一体式结构，第一通道110通过去除材料的方式成型，喷射装置100也可以是分体式结构，分体式结构装配后形成第一通道110。

参照图1、图3，能够理解的是，上述的打印装置还可以包括喷嘴500，喷嘴500与喷射装置100的出口130连接，用于对微球的喷射方向进行约束。具体的，喷嘴500的内部具有第三通道，第三通道至少包括第一段510，沿微球的喷出方向(例如图1中向下的方向)，第一段510的直径逐渐缩小。当第一通道110的直径大于微球直径时，微球除了沿喷出方向的运动之外，还可能发生其他方向的运动，导致微球喷出时发生歪斜。本实施例通过设置直径逐渐缩小的第一段510，可以逐渐的缩小微球的运动空间，通过微球与通道壁的碰撞削弱甚至消除微球在其他方向的运动，保证喷出方向的一致性，提高打印精度。

能够理解的是，第三通道可以仅包括第一段510，也即，沿微球的喷出方向，第三通道的直径逐渐缩小。

能够理解的是，喷嘴500可以直接与喷射装置100连接，也可以通过管道与喷射装置100连接。

参照图3，能够理解的是，在上述的打印装置中，第一段510的直径逐渐缩小至小于微球的直径。本实施例适用于软质微球，由于第一段510的最小直径小于微球的直径，因此当微球通过第一段510时，会被通道壁挤压而发生弹性变形，此时微球其他方向的运动将被完全消除，进一步保证喷出方向的一致性。

参照图3，能够理解的是，在上述的打印装置中，喷嘴500内的第三通道还包括第二段520，沿微球的喷出方向，第二段520与第一段510依次设置，第二段520在喷嘴的一端(例如上端)形成入口，第一段510在喷嘴的一端(例如下端)形成出口。第二段520的直径等于第一段510的最大直径，一方面便于将微球导入第一段510，另一方面也便于与管道的连接。

参照图2，能够理解的是，在上述的打印装置中，喷射装置100的内部还具有第四通道140，第四通道140的一端与第一通道110连通，连通处位于第一入口120与出口130之间，另一端在喷射装置100上形成第二入口150，即喷射装置100为三通管结构。存储装置200与第二入口150连接，从而使第二通道与第四通道140连通。本实施例中，喷射装置100通过第一通道110与第四通道140分别连接第一驱动装置300与存储装置200，从而能够实现微球的连续供料与微球的连续喷射。

第一通道110可以是沿图中上下方向设置的直线型通道，第四通道140可以是沿图中左右方向设置的直线型通道，如此，从第四通道140中喷出的微球可以先与第一通道110的通道壁碰撞，从而减少沿左右方向的运动，保证微球能够向下喷射。

能够理解的是，在上述的打印装置中，第一驱动装置300包括能够向第一通道110内施加压力介质的动力件，压力介质通入第一通道110内后可以推动微球喷出。压力介质可以是气体，相应的动力件可以是打气泵。压力介质也可以是与微球不相溶的液体，相应的动力件可以是注射泵。通过施加压力介质，可以使得微球以一定的初速度喷出，实现无接触打印，从而减少污染，且喷射装置100或者喷嘴500无需频繁移动以接触打印基质，能够提升效率。

能够理解的是，第二驱动装置400可以是注射泵，用于持续的推动第二通道内的微球进入第一通道110，其中，当第一驱动装置300采用压力介质驱动微球喷出时，第二驱动装置400的驱动压力大于第一驱动装置300的驱动压力，以避免压力介质进入第二通道内。

本申请提及的打气泵、注射泵等动力件均可以采用公知技术，在此不作详述。

参照图4、图5，为便于理解，图4中对喷射装置100与存储装置200进行了放大，图示比例不代表实际比例，同时，对喷射装置100进行了剖切以展现内部结构。能够理解的是，上述打印装置中的喷射装置100可以由三通管结构替换为单通道结构，能够提供压力介质的动力件替换为加热件。具体的，第一通道110分别在喷射装置100上形成第一入口120与出口130，存储装置200与第一入口120连接。加热件用于对第一通道110内的分散相介质进行加热，分散相介质受热汽化后以推动微球喷出。

上述方案中，喷射装置100可以不设置喷嘴500，此时加热件可以设置于存储装置200的出口处(例如外侧)，存储装置200出口处的微球被汽化后的分散相介质推动，沿着第一通道110喷出。能够理解的是，部分或者全部第一通道110的直径也可以沿微球的喷出方向逐渐缩小(类似于上述的第一段510)，从而对微球的喷出方向进行约束。

喷射装置100也可以连接上述的喷嘴500，此时加热件可以设置于喷射装置100的出口处，喷射装置100出口处微球被汽化后的分散相介质推动，沿着第三通道喷出。

能够理解的是，加热件可以是加热丝、加热棒等公知的加热装置。为了能够降低加热对微球的影响，分散相介质可以选用低沸点的液体，如氟油等。

能够理解的是，在上述的打印装置中，第一通道110的直径D1与微球的直径D满足：D≤D1＜D*2，如此，可以避免多粒微球同时喷出，提高打印精度。

能够理解的是，在上述的打印装置中，第二通道的直径D2与微球的直径D满足：D≤D2＜D*2，如此，存储装置200内的微球能够逐粒的进入第一通道110内。

上述的微球打印装置可以喷射微球，通过微球之间的融合与自组装形成肝脏、肾脏、肺等生物组织。以图6所示为例，显示了用于构建肝脏组织的六边形结构，从图中可以看出，本装置利用明胶微球高精度地构建出大尺度肝脏单元，微球定位精度高，且打印之后结构完整，微球与微球之间自融合与组装效应出现。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (6)

1.微球打印装置，其特征在于，包括：

喷射装置，内部具有第一通道和第四通道；

存储装置，内部具有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通，用于存放微球与分散相介质；

第一驱动装置，与所述喷射装置连接，用于驱动所述第一通道内的微球喷出；

第二驱动装置，与所述存储装置连接，用于驱动所述第二通道内的微球进入所述第一通道；

其中，所述第一通道分别在所述喷射装置上形成第一入口与出口，所述第一驱动装置与所述第一入口连接，所述第一驱动装置包括能够向所述第一通道内施加压力介质的动力件，所述动力件为打气泵，所述第四通道的一端与所述第一通道连接，另一端在所述喷射装置上形成第二入口，所述存储装置与所述第二入口连接。

2.根据权利要求1所述的微球打印装置，其特征在于，还包括喷嘴，所述喷嘴与所述出口连接，所述喷嘴的内部具有第三通道，所述第三通道至少包括第一段，沿微球的喷出方向，所述第一段的直径逐渐缩小。

3.根据权利要求2所述的微球打印装置，其特征在于，所述第一段的直径逐渐缩小至小于所述微球的直径。

4.根据权利要求2所述的微球打印装置，其特征在于，所述第三通道还包括第二段，沿所述喷出方向，所述第二段与所述第一段依次设置，所述第二段的直径等于所述第一段的最大直径。

5.根据权利要求1所述的微球打印装置，其特征在于，所述第一通道的直径D1与微球的直径D满足：D≤D1＜D*2。

6.根据权利要求5所述的微球打印装置，其特征在于，所述第二通道的直径D2与微球的直径D满足：D≤D2＜D*2。

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