[发明专利]一种细胞精准定位的生物打印系统及方法

说明书

本申请涉及一种细胞精准定位的生物打印系统及方法，涉及三维打印技术领域。所述系统包括：三维运动模块，所述三维运动模块用于实现打印头的精准运动；打印模块，所述打印模块包括打印头，所述打印头包括打印喷口，所述打印模块用于构建生物支架和/或喷射细胞；信息采集模块，所述信息采集模块包括摄像头，用于实时定位生物支架的物理位置和/或细胞位置；软件模块，所述软件模块用于实现所述打印头的运动控制。本申请的细胞精准定位的生物打印系统及方法，通过将单个细胞或单排的细胞序列精准的打印到目标生物支架上，实现细胞的精准定位，为后续细胞的有序生长、增殖和信号传导提供必要的基础。

技术领域

本申请涉及三维打印技术领域，尤其涉及细胞精准定位的生物打印系统及方法。

背景技术

生物打印系统是一款基于常规三维打印技术的升级，主要是可以实现生物材料或生物细胞的打印成型，最终实现人体医学或组织工程应用。常规的生物打印，主要由三维运动模块和多功能打印头组成，三维运动模块主要用于驱动打印头高精度三维运动，打印头内使用气压或螺杆等驱动力将打印浆料(生物材料)挤出拉丝，再通过软件控制拉丝的路径，实现材料二维的排列和三维的堆积，最终实现生物材料的高精度堆积成型。传统的生物打印，仅仅是生物材料的三维成型，并不包含生物细胞的构建成型。在临床应用过程中，由于生物打印支架仅仅提供力学支撑性能，细胞只能靠生物自身的细胞逐步侵蚀生长进入生物支架，组织修复速度慢，且细胞生物无序而低效，因此生物打印的应用场景非常受限。随着科学技术的不断发展，实现细胞打印将成为必然的趋势。

由于一般细胞的尺寸在40μm左右，而传统生物打印的精度多在200-400μm之间，且打印过程中涉及到细胞与生物水凝胶的混合挤出打印，因此实际打印后无法实现细胞的紧密排列。然而，细胞在生长增殖和功能分化的过程中，会涉及到细胞间的信号传导和生长联系，方能促进细胞生长分化为组织或器官。当前的细胞打印模式，是无法实现细胞紧密有序排列的，最终造成细胞仅仅能够就近生长成为多个相互独立的细胞簇，无法连接为组织，并实现功能化。

因此，期望提供一种细胞精准定位的生物打印系统及方法，通过将单个细胞或单排的细胞序列精准的打印到目标生物支架上，实现细胞的精准定位，为后续细胞的有序生长、增殖和信号传导提供必要的基础，从而更好的促进细胞生长分化并实现功能化。

发明内容

根据本申请的一些实施例的第一方面，提供了一种细胞精准定位的生物打印方法，所述方法包括：获取三维模型并切片；生成指令并输入至三维运动模块；利用层层组装的方式构建三维生物支架；采集三维生物支架的位置信息，并反馈预定位置；精准打印细胞至所述三维生物支架的预定位置。

在一些实施例中，通过软件模块导入所述三维模型并切片，所述生成指令并输入至三维运动模块包括：通过XYZ三轴机械臂的相对运动，控制打印头相对于样品台的三维运动。

在一些实施例中，挤出式打印头内部装载生物材料，所述利用层层组装的方式构建三维生物支架包括：挤出式打印头根据所述指令，随所述机械臂执行三维运动，通过气压挤出或螺杆挤出的方式将生物材料拉丝挤出；利用层层组装的方式构建三维生物支架。

在一些实施例中，所述采集三维生物支架的位置信息，并反馈预定位置包括：在所述三维生物支架的每一层打印完成后，通过正置式摄像头获取三维生物支架的位置信息，精准定位每一层支架的物理位置；转化所述物理位置为相对于样品台原点的相对位置；输入所述相对位置至软件模块，并反馈预定位置。

在一些实施例中，根据细胞精准布局的需求，所述构建三维生物支架包括在每一层或多层打印过程中执行打印暂停。

在一些实施例中，热泡式打印头的打印墨水包括细胞悬液，所述精准打印细胞至所述三维生物支架的预定位置包括：根据所述三维生物支架的相对位置，精准定位所述热泡式打印头于三维生物支架上方；利用热泡破裂瞬间将细胞喷出，精准打印到三维生物支架的预定位置。