CN113601834B - 三维成型方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种三维成型方法及系统，其中，方法包括：步骤1：通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M1；步骤2：对细胞簇图案M1的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构；步骤3：对固化成型结构进行转移；步骤4：通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M2，调整步骤3中的固化成型结构在生物墨水中的位置，与细胞簇图案M2的预固化位置精准对接；步骤5：对细胞簇图案M2的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构；循环执行上述步骤3‑5达到预设次数，得到三维组织结构。本申请能够通过声学波和光固化技术的耦合实现三维打印，提高三维异质性组织结构打印的精准性和效率。

Description

三维成型方法及系统

技术领域

本申请属于组织工程技术领域，尤其是涉及一种三维成型方法及系统。

背景技术

在组织工程领域，通过生物3D打印技术对生物墨水、细胞等物质进行三维成型，可体外构建仿生的组织结构体用于疾病模型或再生医学研究。在成型的三维组织结构中，细胞的排列结构，以及细胞与细胞之间的相互连接对构建组织后续的功能化发展十分关键。常规的生物3D打印技术如挤出式生物3D打印，采用负载所需细胞的生物墨水，挤出凝胶化的纤维丝材料，进行三维组织结构体的构建。此种方法无法对凝胶化细丝材料中的细胞进行控制，细胞在凝胶细丝中的数量、位置分布是随机的，无法实现细胞数量、位置分布地可控打印。常规的光固化生物3D打印，采用含有所需细胞的生物墨水，根据预先设计好的三维结构模型，施加数字光源信号进行可控区域光照，可实现光敏生物墨水的可控固化，从而完成三维组织结构体的构建，但此种方法在光固化成型时，生物墨水中的细胞亦是随机分布，且细胞间缺乏连接，无法实现细胞数量、位置可调控的打印成型。

声学波是由几列基于压电材料的逆压电效应产生的超声波，可在声学谐振腔内产生叠加从而形成特殊的声场，可用于操控细胞运动而汇聚成特定的图案。通过声学波对细胞进行操控、聚集，促进细胞紧密连接进一步形成三维结构，在组织工程领域显示出了具大的应用潜力。目前，基于声学波对细胞进行操控、排列，并进行三维成型的方法受限于：完成细胞图案化排列后，缺乏灵活的固化控制系统，无法对图案化的细胞进行选择性区域固化；由此导致声学波技术在构建异质性组织结构方面存在挑战，从而限制了该技术在组织工程领域的广泛应用。

发明内容

本申请的目的在于提供一种三维成型方法及系统，能够通过声学波和光固化技术的耦合实现三维组织结构打印，实现细胞数量、位置可调控的打印，提高三维异质性组织结构打印的精准性和效率。

第一方面，本申请实施例提供一种三维成型方法，该方法包括：步骤1：通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M1；步骤2：对细胞簇图案M1的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构；步骤3：对固化成型结构进行转移；步骤4：通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M2，调整步骤3中的固化成型结构在生物墨水中的位置，与细胞簇图案M2的预固化位置精准对接；步骤5：对细胞簇图案M2的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构；循环执行上述步骤3-5达到预设次数，得到三维组织结构。

在可选的实施方式中，上述通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案的步骤，包括：调整换能器模块的当前工作个数，及每个处于工作状态的换能器模块对应的当前输入相位，以使处于工作状态的上述换能器模块在当前输入相位下产生的声学波，控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成细胞簇图案。

在可选的实施方式中，在上述步骤3中，对固化成型结构进行转移后，根据三维组织结构设计要求对声学谐振腔内的生物墨水选择是否更换，包括：如果打印同质性的三维组织结构，则根据生物墨水使用后的剩余量或细胞浓度要求，更换声学谐振腔内的生物墨水；如果打印异质性的三维组织结构，则根据三维组织结构中细胞类型的设计要求，更换声学谐振腔内的生物墨水。

在可选的实施方式中，上述步骤4中位置精准对接，包括：如果相邻两次预固化位置为同一层，调整固化成型结构在生物墨水中的浸没深度，保证当前打印层结构的顶部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；如果相邻两次预固化位置为不同层，调整固化成型结构在生物墨水中的浸没深度，保证固化成型结构的底部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内。

在可选的实施方式中，上述步骤4中位置精准对接，还包括：相邻两次预固化位置在生物墨水中X/Y/Z三个方向上的重复定位为精准对接。

在可选的实施方式中，上述对细胞簇图案的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构的步骤包括：获取细胞簇图案对应的成像图，并将成像图转换为拟固化示意图；根据拟固化示意图发出对应的数字光掩模，并聚焦到声学谐振腔的底面，以实现细胞簇图案的选择性固化，得到固化成型结构。

第二方面，本申请实施例提供了一种三维成型系统，该系统用于执行如上一方面所述的方法的步骤；该系统包括：声波芯片和光固化控制系统；声波芯片包括用于储蓄生物墨水的声学谐振腔；光固化控制系统包括：终端设备、数字光源和三维轴运动控制系统；其中，声波芯片，用于通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成细胞簇图案；三维轴运动控制系统，用于对固化成型结构进行转移，以便在声学谐振腔内更换新的生物墨水；终端设备和数字光源，用于在细胞簇图案的预固化位置处进行可控光固化处理，得到固化成型结构。

在可选的实施方式中，上述声波芯片还包括多个换能器模块；多个换能器模块设置于声学谐振腔的外围；每个换能器模块由一电路开关控制；上述电路开关，用于调整换能器模块的当前工作个数，及每个处于工作状态的换能器模块对应的当前输入相位，以使处于工作状态的所述换能器模块在当前输入相位下产生的声学波，控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成所述细胞簇图案。

在可选的实施方式中，上述三维轴运动控制系统，还用于：调整固化成型结构在生物墨水中的浸没深度，以保证预固化位置与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；调整相邻两次预固化位置在生物墨水中X/Y/Z三个方向上的重复定位为精准对接。

在可选的实施方式中，上述终端设备，还用于获取所述细胞簇图案对应的成像图，并将成像图转换为拟固化示意图；上述数字光源，还用于根据拟固化示意图发出对应的数字光掩模，并聚焦到所述声学谐振腔的底面，以实现所述细胞簇图案的选择性固化，得到固化成型结构。

本申请实施例带来了以下有益效果：

本申请提供的一种三维成型方法及系统中，能够将声学波和光固化技术进行耦合，首先通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案；然后对细胞簇图案的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构；对于需要多次进行固化的情况，还可以循环执行固化成型结构的转移、重新形成细胞簇图案并固化的步骤达到预设次数，即通过多次对已固化成型结构进行转移，通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成新的细胞簇图案，并与已有细胞簇图案的预固化位置精准对接，再对精准对接后的细胞簇图案进行可控光固化，最终得到三维组织结构。该方法可对生物墨水中的细胞进行预聚集和图案化，一方面可以提高生物墨水中的细胞利用率，且预聚集的细胞彼此之间紧密接触，可增强细胞间的交流作用，另一方面，通过提供类似真实组织的形貌结构，可有效构建仿生组织结构体；并且，该方法可选择性固化细胞簇图案，实现了对图案化的细胞进行灵活的选择性区域固化，能避免已固化结构对后续细胞图案化过程的干扰，可有效解决现阶段基于声学波排列细胞构建三维异质组织结构的难点，提供了一种全新的细胞簇三维打印技术。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种三维成型系统的结构示意图；

图2为本申请实施例的声波芯片示意图；

图3为本申请实施例的声波芯片可提供的细胞簇图案单元图；

图4为本申请实施例提供的一种三维成型方法的流程图；

图5为本申请实施例中构建同层异质结构体示意图；

图6为本申请实施例中构建相邻两层异质结构体示意图；

图7为本发明实施例提供的三维成型系统和方法用于异质性三维结构成型的示意图；

图8为本发明实施例中异质性三维结构成型的具体操作步骤示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

目前在组织工程领域，常规的3D打印技术方法无法对凝胶化细丝材料中的细胞进行控制，细胞在凝胶细丝中的数量、位置分布是随机的，无法实现细胞数量、位置分布地可控打印，并且在光固化成型时，生物墨水中的细胞亦是随机分布，且细胞间缺乏连接，无法实现细胞数量、位置可调控的打印成型，并且，目前基于声学波对细胞进行操控、排列并进行三维成型的方法受限于完成细胞图案化排列后，缺乏灵活的固化控制系统，无法对图案化的细胞进行选择性区域固化，由此导致声学波技术在构建异质性组织结构方面存在挑战，从而限制了该技术在组织工程领域的广泛应用。

基于此，本申请实施例提供一种三维成型方法及系统，能够将声学波和光固化技术进行耦合，得到三维组织结构，不仅可以提高生物墨水中的细胞利用率，增强细胞间的交流作用，还有效构建了仿生组织结构体，并且实现了对图案化的细胞进行灵活的选择性区域固化，能避免已固化结构对后续细胞图案化过程的干扰，有效解决了现阶段基于声学波排列细胞构建三维异质组织结构的难点。

为便于对本实施例进行理解，首先对本申请实施例所公开的一种三维成型系统进行详细介绍。

图1为本申请实施例提供的一种三维成型系统的示意图，该系统包括：声波芯片①和光固化控制系统；声波芯片①包括用于储蓄生物墨水的声学谐振腔；光固化控制系统包括：终端设备②、数字光源③和三维轴运动控制系统④；其中，声波芯片①，用于通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成细胞簇图案；三维轴运动控制系统④，用于对固化成型结构进行转移，以便在声学谐振腔内更换新的生物墨水；终端设备②和数字光源③，用于在细胞簇图案的预固化位置处进行可控光固化处理，得到固化成型结构。

上述声波芯片的示意图如图2所示，可调控细胞图案化的声波芯片包括：换能器模块N1、N2、N3、N4、N5、N6和可拆卸声学谐振腔S；本申请实施例优选包含6个换能器模块的声波芯片，换能器模块选为表面镀有银电极的锆钛酸铅系压电陶瓷片。

上述声波芯片还包括多个换能器模块；多个换能器模块设置于声学谐振腔的外围；每个换能器模块由一电路开关控制；上述电路开关，用于调整换能器模块的当前工作个数，及每个处于工作状态的换能器模块对应的当前输入相位，以使处于工作状态的换能器模块在当前输入相位下产生的声学波，控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成细胞簇图案。

上述换能器模块优选为镀有金属的压电陶瓷片，或叉指换能器；其中压电陶瓷片用于产生体声波，叉指换能器用于产生声表面波。

上述声波芯片排列细胞簇图案(P)由换能器模块工作个数(N)和换能器模块输入相位

决定，并满足：/>

可以通过增加或减少换能器模块工作个数及调节输入信号相位差(0～2π)，构建更多不同细胞簇图案；具体地，当N＝4，ΦN1＝ΦN2＝0，

可形成点状细胞簇图案；当N＝6，/>

可形成圆状细胞簇图案，如3图的①所示；当N＝6，/>

可形成对称三角形状细胞簇图案，如3图的②所示；当N＝3，/>

可形成六边形状细胞簇图案，如3图的③所示。并且将换能器模块个数的排列制作成链条模组，可实现换能器模块工作个数的灵活调整，但本申请实施例对于换能器模块个数的排列不限于此种方法。

上述三维轴运动控制系统，还用于：调整固化成型结构在生物墨水中的浸没深度，以保证预固化位置与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；调整相邻两次预固化位置在生物墨水中X/Y/Z三个方向上的重复定位为精准对接。

具体地，通过调控三维轴运动控制系统在X/Y/Z方向上的重复定位精度，实现三维组织结构体中同层或相邻两层已固化结构与后续预固化结构在Z方向的精准对接，完成纵轴方向上的多层异质性结构打印；实现三维组织结构体中同层或相邻两层已固化的结构与后续预固化结构在XY方向上的精准对接，完成横轴方向上的多层异质性结构打印；保证了所打印三维组织结构体中同层或相邻两层细胞簇固化的位置区域、细胞簇之间的孔隙/通道、层与层之间叠加的框架及其连接结构的精度调节。

上述终端设备，还用于获取细胞簇图案对应的成像图，并将成像图转换为拟固化示意图；上述数字光源，还用于根据拟固化示意图发出对应的数字光掩模，并聚焦到所述声学谐振腔的底面，以实现细胞簇图案的选择性固化，得到固化成型结构。

具体地，在声学波作用下完成细胞图案化后，对细胞簇图案进行相机成像；采用终端设备处理细胞簇图案成像图，并将成像图转换为对应的拟固化示意图，实现细胞簇图案与数字光掩模的高度匹配。选择需固化的细胞簇图案，终端设备发出指令，并传输给数字光源；数字光源根据接收到的拟固化示意图发出相应的数字光掩模，并聚焦到声学谐振腔底面，实现细胞簇图案的选择性固化。通过终端设备发出光固化数字光掩模信号指令时，可预先设计好与细胞簇匹配的空间，以保证固化后的组织结构具有能够实现为细胞簇提供氧气、营养物质及血管形成所需的孔隙或通道。

进一步地，对于终端设备获取声学波形成的细胞簇图案所转化的拟固化示意图，可采用DLP、面投影微立体光刻(PuSL)、立体光刻(SL)、三维光掩模、显微连续光投影(uCPP)等基于激光的3D打印技术进行三维组织结构的固化成型。如果使用SL技术，只需按照细胞簇图案和设计的三维组织结构进行单头激光或多头激光的扫描固化，即线性扫描固化；如果采用DLP技术，只需按照细胞簇图案和设计的三维组织结构进行投影固化，即单层整体固化。其中，上述三维组织结构包括细胞簇固化的位置区域，细胞簇之间的孔隙/通道，层与层之间叠加的框架及其连接结构。

本申请实施例提供的三维成型系统，能够将声学波和光固化技术耦合，可得到多层次异质性三维成型组织结构，能有效提高生物墨水中的细胞利用率，增强细胞间的交流，并且实现了对图案化的细胞进行灵活的选择性区域固化，避免已固化结构对后续细胞图案化过程的干扰，有效解决了现阶段基于声学波排列细胞构建三维异质组织结构的难点。

在上述系统实施例的基础上，下面重点阐述本申请实施例提供的一种三维成型方法的实现过程，该方法可以实现单层组织结构的成型，也可以实现多层组织结构的成型；组织结构可以为同质性的也可以为异质性的。

如图4所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤1：通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M1。

具体实施时，可以通过声波芯片控制的声学波完成声学谐振腔中的生物墨水的图案化。声学谐振腔中的生物墨水可以根据实际需要进行不同选择或更换。上述通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案的步骤，包括：调整换能器模块的当前工作个数，及每个处于工作状态的换能器模块对应的当前输入相位，以使处于工作状态的所述换能器模块在当前输入相位下产生的声学波，控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成细胞簇图案。具体调整换能器模块的工作个数及输入相位的过程可参见前述三维成型系统中的详细描述，在此不再赘述。

步骤2：对细胞簇图案M1的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构。

该步骤中的可控光固化可以通过光固化控制系统中的终端设备和数字光源共同协作实现。具体实现过程如下：终端设备获取细胞簇图案对应的成像图，并将成像图转换为拟固化示意图，发送至数字光源；数字光源根据拟固化示意图发出对应的数字光掩模，并聚焦到声学谐振腔的底面，以实现细胞簇图案的选择性固化，得到固化成型结构。

步骤3，对固化成型结构进行转移。

对固化成型结构的转移可以通过上述光固化控制系统中的三维轴运动控制系统实现，即在完成一次细胞簇图案选择性固化成型后，通过三维轴运动控制系统将已固化组织结构从声学谐振腔内转移，可采用机械臂、平行滑动切换、回转滑动切换等方式，灵活拆卸更换装有新的生物墨水的声学谐振腔，但不限于上述方式。

在对固化成型结构进行转移后，根据三维组织结构设计要求对声学谐振腔内的生物墨水选择是否更换，包括：如果打印同质性的三维组织结构，则根据生物墨水使用后的剩余量或细胞浓度要求，更换声学谐振腔内的生物墨水；如果打印异质性的三维组织结构，则根据三维组织结构中细胞类型的设计要求，更换声学谐振腔内的生物墨水。

步骤4，通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M2，调整步骤3中的固化成型结构在生物墨水中的位置，与细胞簇图案M2的预固化位置精准对接。

上述步骤中位置精准对接，包括：如果相邻两次预固化位置为同一层，调整所述固化成型结构在生物墨水中的浸没深度，保证当前打印层结构的顶部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；如果相邻两次预固化位置为不同层，调整固化成型结构在所述生物墨水中的浸没深度，保证固化成型结构的底部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内。

具体地，如果要实现同一层相邻两次打印层层高相同，且不同细胞簇图案的拼接，如图5所示，需要保持浸没在生物墨水中的已固化结构A的顶部与光源焦平面的距离处于光固化成型范围内，即A的层厚a符合0≤a≤h，并且保证预固化结构B的层厚b＝a，A与B的图案匹配情况符合设计要求。

如果要实现相邻两层不同细胞簇图案的拼接，如图6所示，需要保持浸没在生物墨水中的已固化结构A的底部与光源焦平面的距离处于光固化成型范围内，以保证下一层预固化结构的B的层厚b符合0≤b≤h，并且保证下一层预固化结构B的图案和成型厚度符合设计要求。

其中，a为已固化结构A的单一层厚；b为预固化结构B的单一层厚；h为光固化成型范围；H为生物墨水的深度；h≤H。

上述步骤中位置精准对接，还包括：相邻两次预固化位置在生物墨水中X/Y/Z三个方向上的重复定位为精准对接。需要说明的是，上述同一层包含的内容为：1)相邻两次预固化结构的层高可以相同；2)相邻两次预固化结构为包含关系，即可以是底面或顶面相同，层高不同，或完全为包含关系，即两次预固化结构与底面无关。

步骤5，对细胞簇图案M2的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构。

在三维组织结构体构建过程中，通过调控光源功率、光固化时间可达到不同的光固化效果，而且基于不同的3D打印光固化技术可实现不同的光固化精度，例如，采用DLP技术，光固化精度主要取决于DMD微镜及投影幅面大小，精度可控制在2-100μm；如采用LCD技术，光固化精度主要取决于LCD屏幕分辨率，光固化精度可达50μm。具体的可控光固化过程与步骤2中相同，在此不再赘述。

通过循环执行上述步骤3-5达到预设次数，即可得到三维组织结构。实际应用中，可以根据三维组织结构的具体结构需要，选用不同的生物墨水，设定不同的循环次数。

下面列举一个具体的应用实例，图7为本申请实施例提供的三维成型系统和方法用于异质性三维结构成型的示意图，该示意图仅展示了三维成型结构具有多种图案化及异质性特点。图案化可由声学波对生物墨水中的细胞进行聚集、排列而成；通过终端设备对采集的细胞簇图案成像图进行处理，并将其转换为拟固化示意图，然后将指令发送到数字光固化器，光固化器产生光掩模信号，对已图案化的细胞簇区域进行选择性光固化成型；通过三维轴运动控制系统转移已固化结构；更换负载新生物墨水的声学谐振腔，再次利用声学波对生物墨水中的细胞进行聚集、排列成特定的不同细胞图案单元，随后再次借助数字光固化器生选择性固化，最终得到多种异质性结构，如图8中①②③④种异质结构图案。

图8为本申请实施例中异质性三维结构成型的具体操作步骤示意图，生物墨水储存在声学谐振腔S中，生物墨水由细胞和生物材料组成，如光敏水凝胶GelMA、HAMA等材料，其可在光照下由液相转变成凝胶相，从而固化成型，声学谐振腔优选为有机玻璃制成的正六棱柱，其外围连接着六个换能器模块。

现以构建图7中②号异质三维结构为例，做出具体的操作说明：首先，调节六个换能器模块同时工作，且控制它们的相位

得到圆形的细胞簇图案阵列(如图Ⅰ)；对圆形细胞簇图案进行相机成像，采用终端设备处理细胞簇图案成像，并将成像转换为对应的拟固化示意图，终端设备发出指令，并将拟固化示意图传输给数字光源，数字光源根据接收到的拟固化示意图发出光掩模信号，并聚焦到声学谐振腔底面，实现圆形细胞簇图案的选择性固化(如图Ⅱ)；采用三维轴运动控制系统将已固化组织结构从声学谐振腔内转移，并更换负载新墨水的谐振腔(如图Ⅲ)；再次施加声信号仅使N1、N2、N3三个换能器模块工作，且调控它们的相位/>

可得到六边形的细胞簇图案(如图Ⅳ)。采用三维轴运动控制系统将第一次固化的组织结构下降，通过调控X/Y/Z轴的平移，可保证第一层固化结构的下降面，如要实现同一层相邻两次打印层层高相同，且不同细胞簇图案的拼接，需要保证浸没在生物墨水中的已固化结构的顶部与光源焦平面的距离处于光固化成型范围内，预固化结构的图案与已固化结构的图案匹配情况符合设计要求；如要实现相邻两层，不同细胞簇图案的拼接，需要保持浸没在生物墨水中的已固化结构的底部与光源焦平面的距离处于光固化成型范围内，并且保证下一层预固化结构的成型层厚和图案匹配情况符合设计要求。再次通过光固化控制系统生成正六边形图像光信号，选择性固化正六边形细胞簇图案，该区域的GelMA材料可由液相转变成凝胶相，从而固化成型并与第一次固化结构组合成异质性三维结构(如图Ⅴ)。

本申请实施例提供的三维成型方法，其实现原理及产生的技术效果和前述系统实施例相同，为简要描述，方法的实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本申请的范围。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种三维成型方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M1；

步骤2：对细胞簇图案M1的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构；

步骤3：对固化成型结构进行转移；

步骤4：通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案M2，调整步骤3中的固化成型结构在生物墨水中的位置，与细胞簇图案M2的预固化位置精准对接；

步骤5：对细胞簇图案M2的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构；

循环执行上述步骤3-5达到预设次数，得到三维组织结构；

通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水形成细胞簇图案的步骤，包括：调整换能器模块的当前工作个数，及每个处于工作状态的换能器模块对应的当前输入相位，以使处于工作状态的所述换能器模块在当前输入相位下产生的声学波，控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成细胞簇图案；其中，所述换能器模块个数的排列方式为链条模组；

步骤4中位置精准对接，包括：如果相邻两次预固化位置为同一层，调整所述固化成型结构在所述生物墨水中的浸没深度，保证当前打印层结构的顶部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；如果相邻两次预固化位置为不同层，调整所述固化成型结构在所述生物墨水中的浸没深度，保证所述固化成型结构的底部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；其中，所述同一层的含义包括以下任一种：相邻两次预固化结构的层高相同、相邻两次预固化结构层高不同。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3中，对固化成型结构进行转移后，根据三维组织结构设计要求对声学谐振腔内的生物墨水选择是否更换，包括：

如果打印同质性的三维组织结构，则根据生物墨水使用后的剩余量或细胞浓度要求，更换声学谐振腔内的生物墨水；

如果打印异质性的三维组织结构，则根据三维组织结构中细胞类型的设计要求，更换声学谐振腔内的生物墨水。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中位置精准对接，还包括：

相邻两次预固化位置在所述生物墨水中X/Y/Z三个方向上的重复定位为精准对接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对细胞簇图案的预固化位置进行可控光固化，得到固化成型结构的步骤包括：

获取细胞簇图案对应的成像图，并将成像图转换为拟固化示意图；

根据拟固化示意图发出对应的数字光掩模，并聚焦到声学谐振腔的底面，以实现细胞簇图案的选择性固化，得到固化成型结构。

5.一种三维成型系统，其特征在于，所述系统用于执行如权利要求1-4任一项所述的方法的步骤；所述系统包括：声波芯片和光固化控制系统；所述声波芯片包括用于储蓄生物墨水的声学谐振腔；所述光固化控制系统包括：终端设备、数字光源和三维轴运动控制系统；其中，

所述声波芯片，用于通过声学波控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成细胞簇图案；

所述三维轴运动控制系统，用于对固化成型结构进行转移，以便在所述声学谐振腔内更换新的生物墨水；

所述终端设备和数字光源，用于在所述细胞簇图案的预固化位置处进行可控光固化处理，得到固化成型结构；

所述声波芯片还包括多个换能器模块；多个所述换能器模块设置于所述声学谐振腔的外围；每个所述换能器模块由一电路开关控制；所述电路开关，用于调整换能器模块的当前工作个数，及每个处于工作状态的换能器模块对应的当前输入相位，以使处于工作状态的所述换能器模块在当前输入相位下产生的声学波，控制声学谐振腔中的生物墨水中的细胞形成所述细胞簇图案；其中，所述换能器模块个数的排列方式为链条模组；

所述三维轴运动控制系统，还用于进行预固化位置精准对接，如果相邻两次预固化位置为同一层，调整所述固化成型结构在所述生物墨水中的浸没深度，保证当前打印层结构的顶部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；如果相邻两次预固化位置为不同层，调整所述固化成型结构在所述生物墨水中的浸没深度，保证所述固化成型结构的底部与数字光源焦平面的距离处于光固化成型范围内；其中，所述同一层的含义包括以下任一种：相邻两次预固化结构的层高相同、相邻两次预固化结构层高不同。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述三维轴运动控制系统，还用于：

调整相邻两次预固化位置在生物墨水中X/Y/Z三个方向上的重复定位为精准对接。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

所述终端设备，还用于获取所述细胞簇图案对应的成像图，并将所述成像图转换为拟固化示意图；

所述数字光源，还用于根据所述拟固化示意图发出对应的数字光掩模，并聚焦到所述声学谐振腔的底面，以实现所述细胞簇图案的选择性固化，得到固化成型结构。

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