CN113334763A - 一种生物组织微单元的成形系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物组织微单元的成形系统及方法，该系统包括：供料系统、混料系统、打印系统和收集系统；所述供料系统与所述混料系统连接，所述混料系统还与所述打印系统连接，所述打印系统还与所述收集系统连接。本发明提供的生物组织微单元的成形系统利用供料系统、混料系统、打印系统和收集系统综合实现了生物组织微单元的制备，该系统具有自动化程度高、制备效率高、易于控制等优点，适用于复杂结构、多组分生物组织微单元的制备。

Description

一种生物组织微单元的成形系统及方法

技术领域

本发明涉及生物制造技术领域，更具体的说是涉及一种生物组织微单元的成形系统及方法。

背景技术

组织工程是一门以生命科学与工程学相结合，进行体外或体内构建组织或器官的新兴学科，组织工程概念自从被提出以来得到了快速发展，为解决供体器官短缺问题提供了一种有潜力的解决方法。

传统的组织工程构建方法采用“自上而下”的方式，该构建方法通过将一定数量的细胞接种到支架上，随着培养时间的增加，形成具有生物活性的组织。尽管该构建策略获得了许多进展，但存在细胞难于渗透到支架内部、细胞在支架上的分布不均以及难以在支架结构中精确沉积不同种类的细胞等问题，这严重制约了组织工程的发展。体内大多数组织是由重复的功能性微单元组成，如肝脏的基本功能单元是肝小叶、肌肉的基本功能单元是肌纤维束。为了能制造出更多的复杂组织，“自下而上”组织工程方法应运而生，该构建方法目的是通过模仿组织内重复的功能微单元的组织结构来形成更大的工程化组织。通过“自下而上”构建的组织具有细胞分布更均匀以及细胞微环境更可控的优点。而模仿组织重复功能微单元的组织结构，首先需要根据不同组织的结构特点，设计制备出具有不同结构和功能的微单元。

目前制备微单元的技术主要包括微孔板法、乳化法、微流体技术以及微模塑技术等。微孔板法适用范围广，但受模板限制，微单元可控性差；乳化法最大的优势是易于制备，然而制备的微单元尺寸分布比较大，而且微单元的形状不可控；微流体技术通过构建微流体通道系统来实现各种复杂微单元的制备，该方法的优点在于微单元的形状及尺度可控，缺点是加工技术要求设备较苛刻及制造过程的操作要求很高；微模塑技术虽能制备较为复杂的微单元，但需要先制备模具，增加了工艺复杂性。

发明内容

本发明的目的是针对现有生物组织微单元的制备工艺存在的缺陷，提供一种生物组织微单元的成形系统及方法，能实现具有多组分和高精度的生物组织微单元制备，应用于生物制造技术领域。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种生物组织微单元的成形系统，包括供料系统、混料系统、打印系统和收集系统；

所述供料系统与所述混料系统连接，所述混料系统还与所述打印系统连接，所述打印系统还与所述收集系统连接。

进一步的，所述供料系统包括多个供料单元，每个供料单元均包括：微量泵、导管以及注射器活塞筒体；

所述微量泵通过所述导管与所述注射器活塞筒体连接，所述注射器活塞筒体与所述混料系统连接。

进一步的，所述混料系统包括：混料室、电机、传动轴以及叶片；

所述电机固定在所述混料室外部，所述电机与所述混料室内的所述传动轴相连，所述叶片固定在所述传动轴上；所述混料室与所述注射器活塞筒体以及所述打印系统连接。

进一步的，所述打印系统包括：流体控制开关、微流控芯片、电脑控制系统以及DMD投影系统；

所述流体控制开关与所述混料室底部连接，所述流体控制开关通过管道与所述微流控芯片连通，所述DMD投影系统位于所述述微流控芯片的下方且与电脑控制系统相连；所述微流控芯片与所述收集系统连接。

进一步的，所述微流控芯片包括：芯片基体、进液口、打印区以及出液口；

所述打印区位于所述芯片基体内部，所述进液口以及出液口均与所述所述打印区连通，所述流体控制开关通过管道与所述进液口连通，所述出液口与所述收集系统连接。

进一步的，所述收集系统包括收集管和收集器，所述收集管一端与所述出液口相连，另一端与所述收集器相连。

一种生物组织微单元的成形方法，根据上述生物组织微单元的成形系统进行操作，操作步骤如下：

首先将混料室下方的流体控制开关关闭，将需要打印的墨水分别加入到不同的注射器活塞筒体中，打开相应的微量泵，在微量泵的驱动下使位于注射器活塞筒体的打印墨水通过导管进入混料室，待进入一定量的打印墨水后，运行混料室上方的电机，电机带动传动轴运动，并通过传动轴上的叶片对打印墨水进行搅拌混合，混合后打开混料室下方的流体控制开关，使混合后的墨水通过进液口进入微流控芯片，待微流控芯片里面的墨水达到一定的量后，关闭流体控制开关，打开电脑控制系统与DMD投影系统，通过电脑控制系统绘制需要的生物组织微单元的大小和形状，并通过电脑控制系统将这些微单元数据处理后传输到DMD投影系统，DMD投影系统接收完数据后将光投影到微流控芯片的打印区进行生物组织微单元的打印，打印后将混料室下方的流体控制开关打开，将打印后的生物组织微单元通过与出液口相连的收集管运输到收集器，即可得到所需要的生物组织微单元。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1)由于供料系统多个注射器的使用且具有可扩展性，使整个成型系统可以实现多材料打印，克服了多材料打印难的缺点；

2)相比于被动混合方式，混料系统的主动混合方法解决了多墨水混合不均的问题，可实现不同墨水快速均匀地混合；

3)相比于现有的生物组织微单元制备工艺，该系统制备方式可提高制造效率，并实现微单元组分和结构的精确控制；

综上所述，本发明所述系统利用供料系统、混料系统、打印系统和收集系统综合实现了生物组织微单元的制备，该系统具有自动化程度高、制备效率高、易于控制等优点，适用于复杂结构、多组分生物组织微单元的制备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明的生物组织微单元的成形系统示意图；

图2是本发明的混料系统示意图；

在图1和图2中：

1-微量泵，2-导管，3-注射器活塞筒体，4-混料系统，5-流体控制开关，6-芯片基体，7-电脑控制系统，8-DMD投影系统，9-收集器，10-出液口，11-打印区，12-进液口，13-电机，14-混料室，15-叶片，16-传动轴。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1和图2，本实施例公开了一种生物组织微单元的成形系统，包括供料系统、混料系统4、打印系统和收集系统；

供料系统与混料系统连接，混料系统4还与打印系统连接，打印系统还与收集系统连接。

为了进一步优化上述技术方案，供料系统包括多个供料单元，每个供料单元均包括：微量泵1、导管2以及注射器活塞筒体3；

微量泵1通过导管2与注射器活塞筒体3连接，注射器活塞筒体3与混料系统4连接。

为了进一步优化上述技术方案，混料系统4包括：混料室14、电机13、传动轴16以及叶片15；

电机固定在混料室14外部，电机13与混料室14内的传动轴16相连，叶片15固定在传动轴16上；混料室14与注射器活塞筒体3以及打印系统连接。

为了进一步优化上述技术方案，打印系统包括：流体控制开关5、微流控芯片、电脑控制系统7以及DMD投影系统8；

流体控制开关5与混料室14底部连接，流体控制开关5通过管道与微流控芯片连通，DMD投影系统8位于述微流控芯片的下方且与电脑控制系统7相连；微流控芯片与收集系统连接。

为了进一步优化上述技术方案，微流控芯片包括：芯片基体6、进液口12、打印区11以及出液口10；

打印区11位于芯片基体6内部，进液口12以及出液口10均与打印区11连通，流体控制开关5通过管道与进液口12连通，出液口10与收集系统连接。

为了进一步优化上述技术方案，收集系统包括收集管和收集器9，收集管一端与出液口10相连，另一端与收集器9相连。

一种生物组织微单元的成形方法，根据上述生物组织微单元的成形系统进行操作，操作步骤如下：

首先将混料室14下方的流体控制开关5关闭，将需要打印的墨水分别加入到不同的注射器活塞筒体3中，打开相应的微量泵1，在微量泵1的驱动下使位于注射器活塞筒体3的打印墨水通过导管2进入混料室14，待进入一定量的打印墨水后，运行混料室14上方的电机13，电机13带动传动轴16运动，并通过传动轴16上的叶片15对打印墨水进行搅拌混合，混合后打开混料室14下方的流体控制开关5，使混合后的墨水通过进液口12进入微流控芯片，待微流控芯片里面的墨水达到一定的量后，关闭流体控制开关5，打开电脑控制系统7与DMD投影系统8，通过电脑控制系统7绘制需要的生物组织微单元的大小和形状，并通过电脑控制系统7将这些微单元数据处理后传输到DMD投影系统8，DMD投影系统8接收完数据后将光投影到微流控芯片的打印区11进行生物组织微单元的打印，打印后将混料室14下方的流体控制开关5打开，将打印后的生物组织微单元通过与出液口10相连的收集管运输到收集器9，即可得到所需要的生物组织微单元。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种生物组织微单元的成形系统，其特征在于，包括供料系统、混料系统、打印系统和收集系统；

所述供料系统与所述混料系统连接，所述混料系统还与所述打印系统连接，所述打印系统还与所述收集系统连接。

2.根据权利要求1所述的生物组织微单元的成形系统，其特征在于，所述供料系统包括多个供料单元，每个供料单元均包括：微量泵、导管以及注射器活塞筒体；

所述微量泵通过所述导管与所述注射器活塞筒体连接，所述注射器活塞筒体与所述混料系统连接。

3.根据权利要求2所述的生物组织微单元的成形系统，其特征在于，所述混料系统包括：混料室、电机、传动轴以及叶片；

所述电机固定在所述混料室外部，所述电机与所述混料室内的所述传动轴相连，所述叶片固定在所述传动轴上；所述混料室与所述注射器活塞筒体以及所述打印系统连接。

4.根据权利要求3所述的生物组织微单元的成形系统，其特征在于，所述打印系统包括：流体控制开关、微流控芯片、电脑控制系统以及DMD投影系统；

所述流体控制开关与所述混料室底部连接，所述流体控制开关通过管道与所述微流控芯片连通，所述DMD投影系统位于所述述微流控芯片的下方且与电脑控制系统相连；所述微流控芯片与所述收集系统连接。

5.根据权利要求4所述的生物组织微单元的成形系统，其特征在于，所述微流控芯片包括：芯片基体、进液口、打印区以及出液口；

所述打印区位于所述芯片基体内部，所述进液口以及出液口均与所述所述打印区连通，所述流体控制开关通过管道与所述进液口连通，所述出液口与所述收集系统连接。

6.根据权利要求5所述的生物组织微单元的成形系统，其特征在于，所述收集系统包括收集管和收集器，所述收集管一端与所述出液口相连，另一端与所述收集器相连。

7.一种生物组织微单元的成形方法，其特征在于，根据权利要求6所述的生物组织微单元的成形系统进行操作，操作步骤如下：

首先将混料室下方的流体控制开关关闭，将需要打印的墨水分别加入到不同的注射器活塞筒体中，打开相应的微量泵，在微量泵的驱动下使位于注射器活塞筒体的打印墨水通过导管进入混料室，待进入一定量的打印墨水后，运行混料室上方的电机，电机带动传动轴运动，并通过传动轴上的叶片对打印墨水进行搅拌混合，混合后打开混料室下方的流体控制开关，使混合后的墨水通过进液口进入微流控芯片，待微流控芯片里面的墨水达到一定的量后，关闭流体控制开关，打开电脑控制系统与DMD投影系统，通过电脑控制系统绘制需要的生物组织微单元的大小和形状，并通过电脑控制系统将这些微单元数据处理后传输到DMD投影系统，DMD投影系统接收完数据后将光投影到微流控芯片的打印区进行生物组织微单元的打印，打印后将混料室下方的流体控制开关打开，将打印后的生物组织微单元通过与出液口相连的收集管运输到收集器，即可得到所需要的生物组织微单元。

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