申请/专利权人：中国科学院沈阳自动化研究所

申请日：2017-12-18

公开（公告）日：2018-04-27

公开（公告）号：CN107962770A

主分类号：B29C64/112(2017.01)I

分类号：B29C64/112(2017.01)I;B29C64/20(2017.01)I;B29C64/209(2017.01)I;B29C64/245(2017.01)I;B29C64/314(2017.01)I;B29C64/357(2017.01)I;B29C64/393(2017.01)I;B33Y10/00(2015.01)I;B33Y30/00(2015.01)I;B33Y40/00(2015.01)I;B33Y50/02(2015.01)I

优先权：

专利状态码：失效-发明专利申请公布后的驳回

法律状态：2020.07.17#发明专利申请公布后的驳回;2018.05.22#实质审查的生效;2018.04.27#公开

摘要：本发明属于3D打印技术领域，特别涉及基于库尔特原理的生物3D打印系统，包括喷头、扰动机构、检测机构、分选机构、堆积平台及运动机构，其中喷头用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；扰动机构用于扰动颗粒混合液，使喷头喷出的颗粒混合液呈时间和空间上的周期分布；检测机构用于检测喷头喷出的颗粒混合液中的颗粒；分选机构用于按照检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；经过分选机构分选出符合要求的液滴在堆积平台上堆积成所需的形状；运动机构可使喷头与堆积平台进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。本发明可实现对细胞或其他颗粒状材料的精准控制，且打印通量大，可实现高密度打印。

主权项：一种基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，包括喷头1、扰动机构3、检测机构4，分选机构、堆积平台10及运动机构，其中，所述喷头1用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；所述扰动机构3设置于所述喷头1上；所述检测机构4设置于所述喷头1的末端，所述检测机构4用于检测所述喷头1喷出的颗粒混合液的颗粒；所述分选机构设置于所述检测机构4的下方，所述分选机构用于按照所述检测机构4检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；所述堆积平台10设置于所述分选机构的下方，经过所述分选机构分选出符合要求的液滴在所述堆积平台10上堆积成所需的形状；所述运动机构可使喷头1与所述堆积平台10进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。

全文数据：一种基于库尔特原理的生物3D打印系统技术领域[0001]本发明属于3D打印技术领域，特别涉及一种基于库尔特原理的生物3D打印系统，用于支架3D打印、细胞3D打印、组织3D打印或器官3D打印。背景技术[0002]生物3D打印技术是结合3D打印技术与生物制造技术的一种新技术，目前生物打印技术主要集中于挤出式的打印方法，该方法在打印细胞时，细胞受到的剪切力大伤害大，无法精准控制细胞排布，且无法实现细胞的高密度打印。而实际的生物器官多结构复杂精细，粗放式打印方法在生物制造技术的发展中势必会行不通。因此，目前急需一种既能实现对细胞的精准控制，又能实现高通量3D打印的打印技术及设备。发明内容[0003]针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于库尔特原理的生物3D打印系统，用以实现对细胞的精准控制，又能实现高通量3D打印。[0004]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：[0005]—种基于库尔特原理的生物3D打印系统，包括喷头、扰动机构、检测机构，分选机构、堆积平台及运动机构，其中，[0006]所述喷头用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；[0007]所述扰动机构设置于所述喷头上；[0008]所述检测机构设置于所述喷头的末端，所述检测机构用于检测所述喷头喷出的颗粒混合液的颗粒；[0009]所述分选机构设置于所述检测机构的下方，所述分选机构用于按照所述检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；[0010]所述堆积平台设置于所述分选机构的下方，经过所述分选机构分选出符合要求的液滴在所述堆积平台上堆积成所需的形状；[0011]所述运动机构可使喷头与所述堆积平台进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。[0012]所述检测机构包括第一电极、第二电极及设置于所述第一电极和第二电极之间的绝缘体，所述第一电极与所述喷头为一体式结构，所述第一电极与第二电极通过导线引出检测接口。[0013]所述喷头上设有流道，所述流道的上端连接有样品入口，下端连接有喷嘴。[0014]所述扰动机构为压电陶瓷，所述压电陶瓷嵌设于所述喷头外表面上设有的环槽内。[0015]所述分选机构包括由上至下设置的充电电极和偏转电极，所述充电电极用于对液滴进行充电，所述偏转电极用于对带电荷的液滴进行偏转。[0016]所述充电电极为环形结构。[0017]所述运动机构为三轴运动平台，所述三轴运动平台与所述堆积平台或所述喷头连接。[0018]所述的基于库尔特原理的生物3D打印系统，还包括设置于所述偏转电极下方的回收装置，所述回收装置用于回收所述分选机构分选后不符合要求的液滴。[0019]所述回收装置包括回收槽和回收泵，所述回收栗用于回收所述回收槽内的混合液。[0020]本发明的优点及有益效果是:本发明可实现对细胞或其他颗粒状材料的精准控制，且打印通量大，可实现高密度打印。附图说明[0021]图1为本发明的结构示意图；[0022]图2为本发明中检测机构的结构示意图。[0023]图中：1为喷头，2为样品入口，3为扰动机构，4为检测机构，5为检测接口，6为喷嘴，7为充电电极，8为偏转电极正极，9为偏转电极负极，10为堆积平台，11为回收装置，12为第一电极，13为绝缘体，14为第二电极。具体实施方式[0024]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。[0025]如图1所示，本发明提供的一种基于库尔特原理的生物3D打印系统，包括喷头1、扰动机构3、检测机构4、分选机构、堆积平台10及运动机构，其中喷头1用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液;扰动机构3设置于喷头1上，扰动机构3用于扰动颗粒混合液，使喷头1喷出的颗粒混合液呈时间和空间上的周期分布;检测机构4设置于喷头1的末端，检测机构4用于检测喷头1喷出的颗粒混合液中是否含有颗粒或含有何种颗粒;分选机构设置于检测机构的下方，分选机构用于按照检测机构检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴;堆积平台10设置于分选机构的下方，经过分选机构分选出符合要求的液滴在堆积平台10上堆积成所需的形状;运动机构可使喷头1与堆积平台10进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。[0026]喷头1上设有上下贯通的流道，流道的上端为样品入口2,下端为喷嘴6。喷头1内的腔体承纳颗粒混合液，提供压力入口与喷嘴，使颗粒混合液从喷嘴6喷出，呈现液滴状或柱状，下落过程中最终形成液滴状。[0027]本发明的一实施例中，扰动机构3为压电陶瓷，压电陶瓷嵌设于喷头1外表面上设有的环槽内。[0028]如图2所示，检测机构4基于库尔特原理进行检测，检测机构4包括第一电极12、第二电极14及设置于第一电极12和第二电极14之间的绝缘体13,第一电极12与喷头1为一体式结构，第一电极12与第二电极14通过导线引出检测接口5。[0029]检测机构4是一种采用库尔特原理的检测装置，用于检测喷头1喷出的颗粒混合液中的颗粒。[0030]分选机构按照检测机构检测的颗粒信息，使得混合液从喷嘴6喷出形成液滴状后，按照需求对特定液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴。所述分选机构可以为使用电场偏转原理的分选机构，也可以为使用超声、震动或气压原理的分选机构。[0031]本发明的一实施例中，分选机构包括由上至下设置的充电电极7和偏转电极，偏转电极包括，偏转电极正极8和偏转电极负极9。充电电极7用于对液滴进行充电，偏转电极用于对带电荷的液滴进行偏转。[0032]进一步地，充电电极5为环形结构，以便液滴的偏转。[0033]运动机构为三轴运动平台，三轴运动平台与堆积平台8连接，以驱动堆积平台8沿三轴运动;或者三轴运动平台与喷头1连接，以驱动喷头沿三轴运动。[0034]进一步地，所述生物3D打印系统还包括设置于偏转电极6下方的回收装置11，回收装置11用于回收分选机构分选后不符合要求的液滴。[0035]回收装置7包括回收槽和回收栗，所述回收泵用于回收回收槽内的混合液。[0036]颗粒直径一般为〇•lwn-lOOOwn。所述颗粒包括但不限于细胞、细胞团、生物高分子团、细胞包埋团、细胞团包埋团、生物高分子包埋团。[0037]本发明的工作原理是：[0038]将颗粒混合于液体中，通过样品入口2送入流道内，然后样品液由喷嘴6喷出。当颗粒流经库尔特检测机构4时，会改变第一电极12与第二电极14之间的阻抗，通过检测接口5可以测量出该阻抗的变化，通过该阻抗变化信息会获取颗粒的时刻与尺寸等信息，控制系统根据这些信息进行接下来的分选。[0039]喷头1安装的压电陶瓷作为扰动机构在液体处形成扰动，使液体在喷出后形成时间和空间上的周期分布，在液滴分离时刻，控制系统会在环形充电电极7上加载一定的电压，这时喷出的液体会感应出一定量的电荷，液滴形成并分离后，液滴上便携带了一定量的电荷。带有电荷的液滴经由偏转电极时，由于电场力的作用，液滴路线会发生偏折，一部分液滴通过回收装置11进行回收，另外一部分落到堆积平台10上。回收装置H拥有一个液体槽，液滴射入液体槽后通过真空栗或蠕动栗回收。通过运动机构的运动液滴会形成特定形状的堆积。[0040]综上所述，混合有细胞的液体经由腔体喷射出，被扰动系统所扰动形成空间、时间上稳定的液滴。检测系统允许测量经过检测区域内的细胞或其他颗粒的位置和速度。分选系统可以针对特定的液滴，使之k特定的需求偏移原始轨道。运动系统允许细胞堆积的结构进行运动。本发明可实现对细胞或其他颗粒状材料的精准控制，且打印通量大，可实现高密度打印。_1]社臓仅为本发_实施城，并非肝限定本发明_护麵。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

权利要求：1.一种基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，包括喷头（1、扰动机构3、检测机构⑷，分选机构、堆积平台（1〇及运动机构，其中，所述喷头（1用于喷射液滴状或柱状颗粒混合液；所述扰动机构⑶设置于所述喷头⑴上；所述检测机构4设置于所述喷头（1的末端，所述检测机构⑷用于检测所述喷头（1喷出的颗粒混合液的颗粒；所述分选机构设置于所述检测机构（4的下方，所述分选机构用于按照所述检测机构⑷检测的颗粒信息，将符合要求的液滴进行偏移，从而获取所需要的液滴；所述堆积平台（10设置于所述分选机构的下方，经过所述分选机构分选出符合要求的液滴在所述堆积平台（1〇上堆积成所需的形状；所述运动机构可使喷头（1与所述堆积平台（1〇进行相对运动，从而使颗粒可以按照空间进行设定形状的堆积。2.根据权利要求1所述的基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，所述检测机构⑷包括第一电极（12、第二电极（14及设置于所述第一电极（12和第二电极（14之间的绝缘体13，所述第一电极12与所述喷头1为一体式结构，所述第一电极12与第二电极14通过导线引出检测接口⑸。3.根据权利要求1所述的基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，所述喷头1上设有流道，所述流道的上端连接有样品入口（2，下端连接有喷嘴6。4.根据权利要求1所述的基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，所述扰动机构3为压电陶瓷，所述压电陶瓷嵌设于所述喷头1外表面上设有的环槽内。5.根据权利要求1所述的基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，所述分选机构包括由上至下设置的充电电极7和偏转电极，所述充电电极7用于对液滴进行充电，所述偏转电极用于对带电荷的液滴进行偏转。6.根据权利要求5所述的基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，所述充电电极7为环形结构。7.根据权利要求1所述的基于库尔特原理的生物3D打印系统，其特征在于，所述运动机构为三轴运动平台，所述三轴运动平台与所述堆积平台（10或所述喷头1连接。8.根据权利要求1所述的基于库尔特原理的生物邪打印系统，其特征在于，还包括设置于所述偏转电极下方的回收装置U，所述回收装置（11用于回收所述分选机构分选后不符合要求的液滴。9.根据权利要求8所述的基于库尔特原理的生物邪打印系统，其特征在于，所述回收装置7包括回收槽和回收泵，所述回收栗用于回收所述回收槽内的混合液。

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