CN112917899A - 基于多孔结构的生物3d打印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多孔结构的生物3D打印方法，将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球离心得到微凝胶颗粒，将微凝胶颗粒压入到载有组织细胞的基体材料溶液中，并将基体材料溶液冷却至凝胶状态，形成可打印凝胶，在3D打印机中根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体，再去除3D生物组织结构体中的牺牲材料颗粒，使得3D生物组织结构体具有多孔特征，然后将具有多孔特征的3D生物组织结构体进行动态培养，形成含有介孔网络的功能性生物组织结构，所得到的功能性生物组织结构包含有介孔网络，能够清楚表征相应的生物组织结构。

Description

基于多孔结构的生物3D打印方法

技术领域

本发明涉及生物制造技术领域，尤其涉及一种基于多孔结构的生物3D打印方法。

背景技术

3D生物打印为构建具有多种生物医学应用中的生物功能的3D组织构造提供了强大的方法。生物三维打印技术是一种新兴的技术，具有巨大的潜力来设计所需的类似组织的生物构造。在生物三维打印技术尤其是挤出式打印，其中所需的具有优良生物兼容性的水凝胶中需要具有适当的机械和生物学特性。这对于确保生物打印组织的结构保真度和生物功能至关重要。由于固有的孔隙率和高阳分负载能力。水凝胶一直是生物墨水设计中的候选者。然而，基于水凝胶的生物墨水取得了进步，但针对可印刷性的生物墨水设计标准仍然严重限制了生物性能的材料选择。

迄今为止，开发能够在物理可打印性和生物功能之间取得平衡的基于水凝胶的生物墨水是一项长期的挑战。用于考虑生物3D打印和组织工程学，基于水凝胶的构建体中的多级尺度孔是必要的。因此在理想情况下，包括有效孔网的生物营养网络进行生物打印，以允许有效的氧气，营养物和废物扩散以及细胞运动，从而促进功能组织的生成。申请号为201711406283.X的专利文献发布了一种含介孔纳米磷酸钙颗粒填料的三维打印水凝胶材料及其制备方法，通过想聚乙二醇丙烯酸酯PEGDA中加入牙科材料中常见的樟脑醌/2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯体系实现了水凝胶材料于蓝光LED等下交联固化，然而难以在所得到的打印结构中体现所需的生物组织结构。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种基于多孔结构的生物3D打印方法，本发明实施牺牲微凝胶策略，能使牺牲微凝胶与细胞载体生物墨水协同工作，增强牺牲微凝胶载体生物墨水的可打印性，保证了打印的保真度。

根据本发明提出的一种基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10，将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒；

S20，将微凝胶颗粒压入到载有组织细胞的基体材料溶液中，并将基体材料溶液冷却至凝胶状态，形成可打印凝胶；

S30，在3D打印机中根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体；

S40，去除3D生物组织结构体中的牺牲材料颗粒，使得3D生物组织结构体具有多孔特征；

S50，将具有多孔特征的3D生物组织结构体进行动态培养，形成含有介孔网络的功能性生物组织结构。

进一步地，将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒之前，还包括：

获取目标器官的CT数据或MRI数据，将CT数据或MRI数据转换成3D打印机可识别的格式文件，得到待打印器官文件。

进一步地，采用生物3D打印技术根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体之前，还包括：

启动制冷平台，将制冷平台的表面温度调整至设定温度，使打印喷头能够稳定出丝。

进一步地，所述设定温度的取值范围为2～37℃。

进一步地，所述设定温度的取值范围为2～20℃。

进一步地，所述3D打印机，包含三轴移动结构，控制系统；所述控制系统采用上位机打印软件；所述三轴移动结构包括电机模组，限位开关；所述限位开关安装在电机模组的一侧，以避免碰撞实现定位；一旦电机模组运动到零位时，限位开关开启，电机停止运动，以防止出现机构损坏。

进一步地，所述电机模组伸出的轴端通过联轴器与丝杆联接。

进一步地，所述丝杠导程为1～20mm。

进一步地，所述制冷平台包括串口屏、温控系统和制冷结构；所述串口屏在凝胶打印过程中，发送冷凝指令，协助凝胶初期的打印成型；所述温控系统接收温度调整指令将数据发送给制冷结构，并将实时温度反馈给用户界面；所述制冷机构通过持续吸收热量，实现制冷功能。

进一步地，将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒之前，还包括：

将牺牲材料配置为第一设定质量浓度的溶液，得到牺牲层溶液；将基体材料配置为第二设定质量浓度的溶液，得到基体材料溶液；所述第一设定质量浓度的取值范围为4～60％；所述第二设定质量浓度的取值范围为5～40％。

进一步地，所述第一设定质量浓度为4％；所述第二设定质量浓度为10％。

本发明的实现原理是：上述基于多孔结构的生物3D打印方法，通过将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒，将微凝胶颗粒压入到载有组织细胞的基体材料溶液中，并将基体材料溶液冷却至凝胶状态，形成可打印凝胶，在3D打印机中根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体，再去除3D生物组织结构体中的牺牲材料颗粒，使得3D生物组织结构体具有多孔特征，然后将具有多孔特征的3D生物组织结构体进行动态培养，形成含有介孔网络的功能性生物组织结构，所得到的功能性生物组织结构包含有介孔网络，能够清楚表征相应的生物组织结构。

本发明与现有技术相比其显著优点在于：

第一，本发明首创了牺牲微凝胶策略，牺牲微凝胶与细胞载体生物墨水协同工作，增强了牺牲微凝胶载体生物墨水的可打印性，保证了打印的保真度；同时溶解牺牲微凝胶可制造介孔网络结构，促进营养/氧气的扩散，利于组织新生；牺牲微凝胶载体生物墨水打印策略完美解决了兼顾可打印性和生物性能的难题。

第二，本发明实施中的牺牲微凝胶可通过打印机喷头简单匀速挤出获取，粒径均匀可控；牺牲微凝胶载体生物墨水特别适宜于挤出打印工艺，可平滑挤出，不会堵塞喷头。

第三，本发明实施中可通过多合一喷头打印多种细胞载体的牺牲微凝胶载体生物墨水，溶解牺牲微凝胶后，可制造富含介孔网络结构的多细胞组织结构体，更好的模拟体内组织的异质性。

第四，本发明的牺牲微凝胶策略可广泛推广应用至其它生物性能优异的生物材料，如胶原蛋白、基质胶等。

附图说明

图1是本发明一个实施例的基于多孔结构的生物3D打印方法流程图。

图2是本发明一个实施例的载有牺牲明胶颗粒的GelMA生物墨水的制备示意图。

图3是本发明一个实施例的基于牺牲微凝胶的介孔网络生物打印策略示意图。

图4是本发明一个实施例的生物打印的实体图以及垂直截面图。

图5是本发明一个实施例的具有介孔网络的多腔室结构的生物3D打印示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，以下描述的具体实施例虽用以解释本发明，但并不用于限定本发明。

在本发明中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本发明所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例1：

参考图1所示，本实施例1提供一种基于多孔结构的生物3D打印方法，包括如下步骤：

S10，将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒。

具体地，上述步骤可以将一定浓度的牺牲层材料(即牺牲层溶液)通过喷雾、电场辅助打印、气场辅助打印等手段颗粒化，将其置于油相中，后低温冷凝得到牺牲明胶微球，后续则通过离心获取可用的牺牲层微球材料，即微凝胶颗粒。

上述牺牲材料可以包括明胶等具备良好的生物兼容性，可打印性，易去除的材料。

在一个优选的方式中，上述步骤S10之前，还可以包括：

分别配置牺牲材料和基体材料。具体地，可以将牺牲材料配置为第一设定质量浓度的溶液，得到牺牲层溶液；将基体材料配置为第二设定质量浓度的溶液，得到基体材料溶液；所述第一设定质量浓度的取值范围为4～60％(如第一设定质量浓度可选择4％、10％、20％、30％、40％、50％或60％等值)；所述第二设定质量浓度的取值范围为5～40％(如第二设定质量浓度可选择5％、10％、15％、20％、25％、30％或40％等值)。

优选地，上述第一设定质量浓度可以为4％，第二设定质量浓度可以设为10％。

S20，将微凝胶颗粒压入到载有组织细胞的基体材料溶液中，并将基体材料溶液冷却至凝胶状态，形成可打印凝胶。

上述基体材料可以包括GelMA(甲基丙烯酸酐化明胶)等具备良好的生物兼容性，可打印性，稳定不易变形这些特征的材料。在一个示例中，牺牲材料和基体材料的组合可以分为明胶和GelMA，F127(泊洛沙姆)和胶原蛋白，F127和基质胶等组合，综合打印工艺及生物兼容性的考虑，明胶作为牺牲层和GelMA作为基体材料为最佳组合。

具体地，上述步骤可以将凝胶化的牺牲材料粉碎成微凝胶颗粒，直接压入到载有组织细胞的基体材料溶液中，并冷却至凝胶状态，形成可打印的凝胶。

S30，在3D打印机中根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体。

在一个优选的方式中，采用生物3D打印技术根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体之前，还包括：

启动制冷平台，将制冷平台的表面温度调整至设定温度，使打印喷头能够稳定出丝。

具体地，本实施方式可以启动制冷平台，将平台表面温度控制在设定温度左右，使打印喷头能够稳定出丝即可。

优选地，设定温度的取值范围为2～37℃；如该设定温度可选择2℃、0℃、5℃、10℃、15℃、20℃或37℃等温度值。

进一步地，设定温度的取值范围为2～20℃。

优选地，上述设定温度可以设置为2～20℃。

S40，去除3D生物组织结构体中的牺牲材料颗粒，使得3D生物组织结构体具有多孔特征。

具体地，为了获得稳定的结构，将整个结构体暴露于蓝色光源(蓝色光源的波长为405nm，功率为100mw/cm²)约20s，以进行基体材料的不可逆的光交联。去除牺牲材料时，只需将稳定的结构体置于振荡器(如70rpm(转每分钟)的)振荡器)上，在37℃的培养箱中动态培养3h，可逆的热交联明胶颗粒在37℃下液化并溶解。从而得到具有多孔特征的3D生物组织结构体。

S50，将具有多孔特征的3D生物组织结构体进行动态培养，形成含有介孔网络的功能性生物组织结构。

上述步骤去除结构体中牺牲材料颗粒，从而使得原本实体结构的结构具有多孔特征，并进一步动态培养，从而形成含有介孔网络的功能性生物组织结构。

本实施例1将牺牲材料制成微凝胶颗粒，并与组织细胞均匀混合在基体材料，通过生物3D打印技术完成组织生物三维结构的打印，然后通过去除实体模型中的牺牲材料使得结构体本身变得具有多孔特征，从而形成具有多孔结构的三维组织模型，通过动态细胞培养，进而促进功能化组织结构的生成。

上述基于多孔结构的生物3D打印方法，通过将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒，将微凝胶颗粒压入到载有组织细胞的基体材料溶液中，并将基体材料溶液冷却至凝胶状态，形成可打印凝胶，在3D打印机中根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体，再去除3D生物组织结构体中的牺牲材料颗粒，使得3D生物组织结构体具有多孔特征，然后将具有多孔特征的3D生物组织结构体进行动态培养，形成含有介孔网络的功能性生物组织结构，所得到的功能性生物组织结构包含有介孔网络，能够清楚表征相应的生物组织结构。

在一个优选的方式中，将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒之前，还包括：

获取目标器官的CT(电子计算机断层扫描)数据或MRI(磁共振成像)数据，将CT数据或MRI数据转换成3D打印机可识别的格式文件，得到待打印器官文件。

上述目标器官可以为待打印器官对应的真实器官。

具体地，本实施例可以通过扫描一个真实器官得到CT或MRI数据，将数据通过专业软件转换成打印机可识别的格式文件，然后通过上位机软件控制3D打印机进行打印。

在一个优选的方式中，所述3D打印机，包含三轴移动结构，控制系统；所述控制系统采用上位机打印软件；所述三轴移动结构包括电机模组，限位开关；所述限位开关安装在电机模组的一侧，以避免碰撞实现定位；一旦电机模组运动到零位时，限位开关开启，电机停止运动，以防止出现机构损坏。

具体地，3D打印机主要包含三轴移动结构，控制系统，以及上位机打印软件。其中移动结构主要包括电机模组，限位开关，其中限位开关安装至电机侧，可以有效避免碰撞的发生，同时可以很好地起到定位的作用。一旦电机运动到零位时，限位开关开启，电机停止运动，防止出现机构损坏的情况发生。

作为一个优选的方式，所述电机模组伸出的轴端通过联轴器与丝杆联接。

作为一个优选的方式，所述丝杠导程为1～20mm。

优选地，所述丝杠导程为12mm。

具体地，电机伸出的轴端通过联轴器与丝杆联接。这里所用到的丝杠导程为12mm，保证运动的分辨率，驱动细分可调整至16细分，这样既可以保证精度的提高同时运动的平稳性也可以得到保证。

在一个优选的方式中，所述制冷平台包括串口屏、温控系统和制冷结构；所述串口屏在凝胶打印过程中，发送冷凝指令，协助凝胶初期的打印成型；所述温控系统接收温度调整指令将数据发送给制冷结构，并将实时温度反馈给用户界面；所述制冷机构通过持续吸收热量，实现制冷功能。

具体地，制冷平台可以设有串口屏、控制电路和制冷结构。若牺牲材料为明胶，基体材料为GelMA，利用串口屏在明胶/GelMA的打印过程利用其冷凝特性，保证打印出其强度得到保证，防止打印过程的坍塌以及保真度低的问题。温度保持在1℃左右既可。在打印的过程中只需要通过温控面板的温度设定来进行实时的温度设置和调整，温控系统再接收温度的调整，启动制冷系统进行调控，与此同时将实时温度反馈给用户界面。

实施例2：

本实施例2对上述基于多孔结构的生物3D打印方法采用的装置进行介绍。上述基于多孔结构的生物3D打印方法采用的装置主要包括：一套完备的3D打印机、一套可实时控温的制冷平台和一套可控流速的注射泵系统。

其中完备的3D打印机，主要包含三轴移动结构，控制系统，以及上位机打印软件。其中移动结构主要包括电机模组，限位开关，限位开关安装至电机侧，可以有效避免碰撞的发生，同时可以很好地起到定位的作用。一旦电机运动到零位时，限位开关开启，电机停止运动，防止出现机构损坏的情况发生。

电机伸出的轴端通过联轴器与丝杆联接。这里所用到的丝杠导程为12mm，保证运动的分辨率，驱动细分可调整至16细分，这样既可以保证精度的提高同时运动的平稳性也可以得到保证。

一套可控流速的注射泵系统主要为了控制喷头的挤出速度，从而达到控制凝胶纤维流速的效果。注射泵系统主要有控制面板，控制电路，制冷结构组成。控制面板模块主要由USART HDMI智能串口屏、控制软件、供电组成，通过自研的控制软件上传至串口屏实现屏幕的可控，在5V供电以后即可实现实时调整注射器的推进速度。

一套制冷平台可以包括串口屏、控制电路、制冷结构。利用串口屏在明胶/GelMA的打印过程利用其冷凝特性，保证打印出其强度得到保证，防止打印过程的坍塌以及保真度低的问题。温度保持在1℃左右既可。在打印的过程中只需要通过温控面板的温度设定来进行实时的温度设置和调整，温控系统再接收温度的调整，启动制冷系统进行调控，与此同时将实时温度反馈给用户界面。

采用上述装置实现的基于多孔结构的生物3D打印方法，具有如下优点：

1)牺牲微凝胶可通过打印机喷头简单匀速挤出获取，粒径均匀可控。牺牲微凝胶载体生物墨水特别适宜于挤出打印工艺，可平滑挤出，不会堵塞喷头。

2)牺牲微凝胶与细胞载体生物墨水协同工作增强了牺牲微凝胶载体生物墨水的可打印性，保证了打印的保真度；同时溶解牺牲微凝胶可制造介孔网络结构，促进营养/氧气的扩散，利于组织新生；牺牲微凝胶载体生物墨水打印策略完美解决了兼顾可打印性和生物性能的难题。

3)可通过多合一喷头打印多种细胞载体的牺牲微凝胶载体生物墨水，溶解牺牲微凝胶后，可制造富含介孔网络结构的多细胞组织结构体，更好的模拟体内组织的异质性。

4)该牺牲微凝胶策略可推广应用至其他生物性能优异的生物材料，如胶原蛋白、基质胶等。

在一个示例中，载有牺牲明胶颗粒的GelMA生物墨水的制备示意图可以参考图2所示。溶液凝胶通过冷凝成凝胶状块，通过压制成明胶颗粒，挤入GelMA溶液，待混合均匀后冷凝成GelMA生物墨水。

在一个示例中，基于牺牲微凝胶的介孔网络生物打印策略示意图可以参考图3所示。利用平行喷头通过生物3D打印技术，将模型打印成实体，然后通过GelMA的光交联使得结构中的GelMA发生不可逆的固化，最后在37℃的培养基下动态培养并溶解其中明胶成分。

参考图4所示，图4为本示例生物打印的实体图以及垂直截面图。通过实物以及垂直截面可见此种制备方法可以很好地保证打印出来的结构的保真度以及孔隙率。

根据图5所示，图5为具有介孔网络的多腔室结构的生物3D打印示意图。本示例的3D生物打印策略可促进细胞存活并通过MPNs将其封装在构建物中，从而导致封装细胞的功能性。鉴于上述优点，我们认为利用牺牲性明胶微凝胶载有生物墨水的3D生物打印策略可以广泛地扩展到工程化各种组织构建体，从而在组织工程中实现多种应用。

进一步地，相应功能性生物组织结构的制备策略可以包括制备可降解明胶颗GelMA生物墨水，以基于可逆的热交联机理(明胶和GelMA)将其直接生物3D打印成稳定结构，以及随后的GelMA不可逆的光交联，使他们保持长期稳定性。对于一种基于牺牲微凝胶的介孔网络生物打印方法，其载有牺牲材料明胶的微凝胶GelMA生物墨水是通过三步过程制备的，如图2所示：

(1)将明胶溶液冷却至1℃，使其呈现完全凝胶块状。利于后续的明胶颗粒的生成。

(2)将凝胶化的明胶通过18G针头挤压粉碎成颗粒，然后直接压入与相应细胞混合的GelMA溶液中，形成明胶颗粒，细胞，GelMA混合的溶液，混合均匀。

(3)将载有牺牲明胶的微凝胶GelMA溶液装入注射器中。冷却至1℃以形成可打印的GelMA pre-bioink，如此即可得到可打印的生物墨水。

为了制造带有介孔网络的3D结构体，相应的3D生物打印策略可以分为以下三个步骤：

(1)按照上述的方法制备装有明胶颗粒的凝胶生物墨水。

(2)将稳定的载有明胶颗粒的凝胶装置在注射泵中，利用注射泵按照预定的流速进行挤出，开启制冷平台，将温度降至1℃左右，将凝胶纤维逐层沉积至制冷平台，凝胶纤维通过冷却过程迅速冷凝，固化成型，如此进行生物3D打印临时结构。

(3)开启光源，对临时结构进行405nm，100mw/cm²光照约20s，凝胶三维结构中的GelMA在遇到405nm紫外照射后会发生永久光交联，最后将永久稳定的结构体置于振荡器(速度70rpm)进行长期动态培养。溶解明胶颗粒已形成基于牺牲微凝胶的介孔网络结构。

其中通过调节用于制造明胶微凝胶和3D生物打印的挤出喷嘴，可以在生物打印结构中获得不同的孔径；通过调节明胶微凝胶和GelMA溶液的体积比可以实现不同的孔隙率，通过组合不同的挤出喷嘴(范围从18G到20G)，或组合不同体积的明胶微凝胶(0.5ml-2ml)和固定体积的GelMA(2ml)，可以构建一系列结构体(10mm×10mm×10mm)。

为了验证打印策略在生物医学应用中的有效性，对带有介孔网络的充满细胞的大型构建体(10mm x 10mm x 10mm)进行了生物打印，并观察了构建体不同部分的细胞活力水平，将成骨细胞(MC3T3-E1，1.0×106细胞/ml)和人脐带静脉内皮细胞(HUVEC，1.0×106细胞/ml)引入GelMA预生物墨水中，通过生物3D打印技术进行带有细胞的三维结构构建，为了评估打印的构建体中细胞的生存力，在打印后的第一天进行了活死测定，通过实验发现细胞在生物打印的构建体中均匀分布，总体来看，尽管在打印过程中可能会因压力而导致少量损失，但总构建体不同部分(如左，中，右三部分)的细胞活力相对较高，没有明显差异。通过ImageJ软件对总构建体不同部分(如左，中，右三部分)的细胞活力进行了定量，所有这些都超过了85％，并且也没有明显的差异。同时，进行F肌动蛋白/DAPI染色以监测构建体中包封的细胞的扩散和形态，图S5(支持信息)所示。如所期望的，在培养期内，构建体中的包封细胞最初从纺锤形逐渐散布到后来的长条形。这些结果证明了嵌入整个构建体中的MPN能够有效地运输细胞生长的必需品(营养和氧气)。进一步验证了此种基于牺牲微凝胶的介孔网络生物打印方法的有效性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本发明说明书记载的范围。

需要说明的是，本发明实施例所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二\第三”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或模块的过程、方法、装置、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10，将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒；

S20，将微凝胶颗粒压入到载有组织细胞的基体材料溶液中，并将基体材料溶液冷却至凝胶状态，形成可打印凝胶；

S30，在3D打印机中根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体；

S40，去除3D生物组织结构体中的牺牲材料颗粒，使得3D生物组织结构体具有多孔特征；

S50，将具有多孔特征的3D生物组织结构体进行动态培养，形成含有介孔网络的功能性生物组织结构。

2.根据权利要求1所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，S10所述将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒之前，还包括：

获取目标器官的CT数据或MRI数据，将CT数据或MRI数据转换成3D打印机可识别的格式文件，得到待打印器官文件。

3.根据权利要求1所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，S30所述采用生物3D打印技术根据待打印器官文件将可打印凝胶打印至冷却平台，进行3D生物组织结构体的构建，得到3D生物组织结构体之前，还包括：

启动制冷平台，将制冷平台的表面温度调整至设定温度，使打印喷头能够稳定出丝。

4.根据权利要求3所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，所述设定温度的取值范围为-2～37℃。

5.根据权利要求4所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，所述设定温度的取值范围为2～20℃。

6.根据权利要求1至5任一项所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，所述3D打印机，包含三轴移动结构、控制系统；所述控制系统采用上位机打印软件；所述三轴移动结构包括电机模组、限位开关；所述限位开关安装在电机模组的一侧，以避免碰撞实现定位；一旦电机模组运动到零位时，限位开关开启，电机停止运动，以防止出现机构损坏。

7.根据权利要求6所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，所述电机模组伸出的轴端通过联轴器与丝杆联接。

8.根据权利要求7所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，所述丝杠导程为1～20mm。

9.根据权利要求1至5任一项所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，所述制冷平台包括串口屏、温控系统和制冷结构；所述串口屏在凝胶打印过程中，发送冷凝指令，协助凝胶初期的打印成型；所述温控系统接收温度调整指令将数据发送给制冷结构，并将实时温度反馈给用户界面；所述制冷机构通过持续吸收热量，实现制冷功能。

10.根据权利要求1至5任一项所述的基于多孔结构的生物3D打印方法，其特征在于，S10所述将牺牲层溶液进行颗粒化处理后，置于油相中，再通过低温冷凝得到牺牲明胶微球，将牺牲明胶微球通过离心处理，得到微凝胶颗粒之前，还包括：

将牺牲材料配置为第一设定质量浓度的溶液，得到牺牲层溶液；将基体材料配置为第二设定质量浓度的溶液，得到基体材料溶液；所述第一设定质量浓度的取值范围为4～60％；所述第二设定质量浓度的取值范围为5～40％。

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