[发明专利]一种基于环形激光光斑诱导转移的单细胞打印方法

说明书

本发明公开了一种基于环形激光光斑诱导转移的单细胞打印方法，包括S1、在牺牲层上聚焦出环形光斑；S2、牺牲层形成等离子体环形空化泡；S3、环形空化泡膨胀并推开环外部细胞溶液，且环中心目标转移细胞被向下推动；S4、在环中心位置垂直方向上产生的环形空化泡溃灭冲击波将目标转移细胞完全推出；S5、目标转移细胞和所携带的溶液被打印。本发明利用环形空化泡溃灭之后产生的中心汇聚垂直冲击波推动生物细胞溶液的打印，使目标转移细胞不会受到激光直接照射而产生烧蚀；并且利用环形空化泡膨胀对环外部非目标转移生物溶液的推动效果阻隔细胞间的流体力学相互作用，使环形光斑诱导的环形空化泡有效地阻隔了环内外物质，使目标转移物质的量精确可控。

技术领域

本发明涉及一种细胞打印方法，尤其是指一种基于环形激光光斑诱导转移的单细胞打印方法。

背景技术

三维生物打印技术是一种灵活、自动化、随需应变的复杂生物结构制造平台，是一种新型的人体器官和组织设计与工程技术。现有的3D生物打印技术主要可分为以下三类：喷墨打印、挤压式打印和激光诱导生物打印。

喷墨打印是以液滴为基础的生物打印方法沉积细胞液滴或生物油墨在接收层上，包括喷墨生物打印、基于微阀生物打印和基于声学生物打印。在不同类型的喷墨打印技术中，只有热式和压电式按需打印技术常用于生物打印。在热生物打印法中，施加电压脉冲加热生物油墨，导致局部加热；蒸气泡形成后，气泡迅速膨胀和分解，在生物墨水贮存器内产生压力，帮助生物墨水克服喷嘴尖端的表面张力，从而喷出水滴。在压电生物打印技术中，对压电晶体施加电压脉冲，压电晶体膨胀，从而在生物溶液池中产生压力波，帮助生物墨水克服喷嘴尖端的表面张力，喷出液滴。喷墨打印机的优点是打印速度快、成本低、可用性广。然而，细胞和材料暴露在热应力和机械应力下的风险、低的液滴方向性、不均匀的液滴大小、频繁堵塞的喷嘴对使用这些打印机进行3D生物打印造成了相当大的不利。

挤压生物打印将含有细胞的生物油墨通过空气压力(气动)或机械系统(活塞或螺丝)挤出喷嘴。这是所有生物打印方法中最简单的一种。负担能力强，打印速度高，可扩展性强，打印能力广生物油墨的范围(水凝胶，聚合物，微载体，脱细胞ECM和细胞聚集)是这种方法的优点方法之一。但是，由于喷嘴剪切力的作用，这些高压对细胞生存能力有不利影响，特别是对于高粘度材料，导致细胞生存能力通常在40％到95％之间。

现有的激光诱导生物打印(LIFT)是一种非接触式的无喷口印刷，利用激光能量将细胞生物墨水液滴喷射到接收基板上。基于激光的生物打印技术有不同的类型，基本原理相同，但实验设置略有不同。该技术所配制的生物油墨体素或液滴的尺寸取决于几个工艺参数。包括激光脉冲能量、聚焦激光光斑尺寸、激光脉冲持续时间、供体载玻片和集电极载玻片之间的距离、激光能量吸收层和细胞载生物墨水层的厚度等等。LIFT有许多优点。首先，这是一种无喷嘴的方法，从而消除了喷嘴堵塞和污染风险的问题。其次，可实现高分辨率，能够打印高密度的细胞悬浮液和粘度范围广泛的生物油墨(1-300mPa/s)。LIFT也有很多局限性，由于细胞悬浮液中复杂的流体动力学特性，现有的LIFT技术诱导的圆形空化泡所推动的射流效果可能将非目标转移细胞被一并打印。而现有LIFT技术最主要的缺点是激光照射对细胞活性带来的副作用。

因此，设计一种解决了传统激光诱导生物打印技术传送精度不高，同时无需喷嘴而解决喷嘴堵塞导致的打印效率低和机械应力的打印方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种基于环形激光光斑诱导转移的单细胞打印方法。该方法将环形光斑诱导产生的环形空化泡与激光诱导技术相结合，利用环形光斑的特有结构避免了激光直接对目标转移细胞的直接照射过程，同时环形空化泡的特有结构也可以起到阻隔非目标转移细胞被传送的作用，解决了传统激光诱导生物打印技术传送精度不高，同时无需喷嘴而解决了喷嘴堵塞导致的打印效率低和机械应力的问题。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种基于环形激光光斑诱导转移的单细胞打印方法，包括以下步骤：