一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印方法及装置与流程

技术特征：
1.一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印方法，包括以下步骤：1)采用三维制图软件设计三维芯片的三维结构图，并采用分层方法将三维芯片的三维结构图转化为可以被三维打印装置识别的片层图形文件；2)首先，开启三维打印装置，并将主体材料打印墨水、牺牲材料打印墨水和多种细胞打印墨水分别吸入主体材料打印喷头、牺牲材料打印喷头和多细胞打印喷头中；然后，将步骤1)中所得到的片层图形文件导入三维打印装置；其中，主体材料打印墨水、牺牲材料打印墨水和多种细胞打印墨水均为生物材料，牺牲材料打印墨水为温敏可逆的高分子生物材料；3)三维打印装置根据片层图形文件分别通过主体材料打印喷头、牺牲材料打印喷头和多细胞打印喷头将主体材料打印墨水、牺牲材料打印墨水和不同的细胞打印墨水打印到底板系统预先设计的位置；主体材料打印墨水在底板系统形成凝胶，形成第一层三维芯片主体材料，牺牲材料打印墨水在底板系统形成通道凝胶，进而形成第一层的通道牺牲材料，不同的细胞墨水材料形成第一层多种细胞材料；4)重复步骤3)逐层累积完成三维芯片结构打印，直至片层图形文件打印完成，即三维芯片的整体打印完成；5)加热或制冷整体打印完成的三维芯片，使通道牺牲材料变为溶胶态；6)将变为溶胶态的通道牺牲材料使用移液枪吸出，去除通道牺牲材料，得到三维芯片内的通道，形成完整的三维芯片结构；7)针对不同的细胞打印墨水材料采用不同的交联方式对未被融化的细胞打印墨水材料进行交联，交联完成后在三维芯片通道中灌流培养基，对三维芯片内的细胞或组织进行长期动态培养。2.如权利要求1所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印方法，其特征在于：所述步骤3)结束后，采用紫外光源发射紫外光局部照射第一层三维芯片主体材料，使第一层三维芯片主体材料局部交联固化形成稳定不可逆的凝胶状态。3.如权利要求1所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印方法，其特征在于：所述步骤4)结束后，采用紫外光源发射紫外光照射整体打印结束后的三维芯片，透明的主体材料受紫外光照射交联固化形成稳定不可逆的凝胶状态。4.如权利要求1～3任一项所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印方法，其特征在于：所述主体材料采用明胶-甲基丙烯酸。5.如权利要求1～3任一项所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印方法，其特征在于：所述牺牲材料采用明胶、普朗尼克F-127和琼脂材料中的一种或多种。6.如权利要求1～3任一项所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印方法，其特征在于：所述细胞打印墨水材料为细胞相容性和生物相容性好的温敏材料和/或其他生物材料的混合液；其中，生物材料采用一种或更多种天然生物材料和/或人工合成生物材料；天然生物材料采用明胶、明胶衍生物、藻酸盐、藻酸盐衍生物、琼脂、基质胶、胶原、蛋白多糖、糖蛋白、透明质酸、壳聚糖、层连接蛋白、纤连接蛋白和纤维蛋白中的至少一种；人工合成生物材料采用聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙交酯、聚乙交酯、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、聚羟基酸、聚乳酸醇酸共聚物、聚二甲基硅氧烷、聚酸酐、聚酸酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚缩醛、聚氰基丙烯酸酯、聚氨基甲酸酯、聚吡咯、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氧化乙烯中的至少一种。7.一种实现如权利要求1～6任一项所述方法的用于组织/器官芯片集成制造的三维打印装置，其特征在于：包括三维运动系统、喷头系统、底板系统、数控系统、温控系统和紫外光源；所述喷头系统和/或所述底板系统在所述三维运动系统的带动下实现三维运动；所述数控系统分别电连接所述三维运动系统、喷头系统和紫外光源，所述数控系统将三维运动参数发送给所述三维运动系统，所述三维运动系统根据接收的三维运动参数进行三维运动；所述数控系统将喷射参数发送给所述喷头系统，所述喷头系统根据接收到的喷射参数喷射喷头内部的打印材料；所述数控系统将紫外光源参数发送给所述紫外光源，所述紫外光源根据接收到的紫外光源参数产生特定紫外功率大小和紫外光照射时间的紫外线；所述喷头系统和所述底板系统实时采集所述喷头系统和所述底板系统的温度值，并将采集的温度值发送给所述温控系统，所述温控系统根据接收到的所述喷头系统和所述底板系统的温度值,控制所述喷头系统和所述底板系统内的加热/制冷元件进行加热或者制冷，使所述喷头系统和所述底板系统的温度在设定的温度范围内。8.如权利要求7所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印装置，其特征在于：所述喷头系统包括一主体材料打印喷头、一牺牲材料打印喷头、若干细胞打印喷头和一紫外光照射探头；所述主体材料打印喷头、牺牲材料打印喷头、和细胞打印喷头用于打印墨水材料，所述紫外光照射探头用于调节紫外光照射光斑的大小，实现墨水材料的局部交联；各个打印喷头均采用一材料输送单元组成；所述材料输送单元包括一输送装置、一贯穿式螺杆、一滑块、一直线导轨、一注射器和一温度控制单元；所述输送装置、直线导轨和温度控制单元，按自上而下的顺序通过螺栓固定设置在一背板上，所述滑块滑动插设在所述直线导轨上，所述贯穿式螺杆通过螺纹贯穿连接所述输送装置，所述注射器与所述温度控制单元紧密接触；所述输送装置根据所述数控系统发送的喷射参数控制所述贯穿式螺杆做直线运动，从而推动安装在所述直线导轨上的所述滑块运动，进而推动所述注射器的运动，实现所述注射器内打印墨水的打印；所述温度控制单元用于采集所述注射器内的温度，并将采集的温度值发送给所述温控系统，所述温控系统根据接收到温度值控制所述温度控制单元对所述注射器内的打印墨水进行加热或者制冷，从而控制打印材料的温度。9.如权利要求8所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印装置，其特征在于：所述滑块安装力学传感器，用于实时采集打印过程中所述滑块推挤所述注射器所用力的大小，并将采集的值发送给所述数控系统，使所述数控系统实时监测打印过程中所述注射器的受力状态。10.如权利要求8或9所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印装置，其特征在于：所述温度控制单元包括一保温套筒、一导热套筒、一喷头系统温度传感器、一喷头系统半导体制冷片、一喷头系统隔热垫、一喷头系统水冷元件、一喷头系统进水管和一喷头系统出水管；所述保温套筒包裹在所述导热套筒的外部，所述注射器放置在所述导热套筒内，所述注射器与所述导热套筒紧密接触；所述喷头系统温度传感器焊接在所述导热套筒内，所述导热套筒的一侧通过导热硅胶粘连所述喷头系统半导体制冷片的一侧，所述喷头系统半导体制冷片的另一侧通过导热硅胶粘连所述喷头系统水冷元件，所述喷头系统水冷元件用于协助所述喷头系统半导体制冷片的散热；所述喷头系统水冷元件上设置有所述喷头系统进水管和所述喷头系统出水管，所述喷头系统进水管和所述喷头系统出水管连接外部的散热装置；所述保温套筒和所述喷头系统水冷元件之间通过胶粘连有所述喷头系统隔热垫；焊接在所述导热套筒内的所述喷头系统温度传感器检测到各个所述注射器内的温度后，将检测到的温度值发送给所述温控系统；所述温控系统根据接收的温度值控制所述喷头系统半导体制冷片正负电极的正接或反接，从而实现制冷或加热，热量或冷量通过所述导热套筒传递给所述注射器内被打印的材料；所述喷头系统隔热垫与所述喷头系统水冷元件及所述保温套筒通过胶粘连，用于隔住所述喷头系统半导体制冷片两端的热量交换；所述喷头系统水冷元件与所述喷头系统半导体制冷片通过导热硅胶粘连，用于协助所述喷头系统半导体制冷片另一端的散热，维持整个喷头温度稳定；所述喷头系统进水管和所述喷头系统出水管连接外部的散热装置。11.如权利要求8或9所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印装置，其特征在于：所述紫外光照射探头包括一紫外光纤导管固定套筒、一聚焦透镜和一紫外光纤导管；所述紫外光纤导管固定在所述紫外光纤导管固定套筒内，所述紫外光纤导管固定套筒底端设置有一通光孔，所述聚焦透镜设置在所述通光孔与所述紫外光纤导管之间，所述紫外光纤导管通过光纤与所述紫外光源连接，所述紫外光源发射紫外光后经所述紫外光纤导管到达所述聚焦透镜，紫外光经所述聚焦透镜形成光斑，通过调节所述聚焦透镜到所述底板系统的距离，从而调节紫外光的照射光斑大小。12.如权利要求8或9所述的一种用于组织/器官芯片集成制造的三维打印装置，其特征在于：所述底板系统包括一金属底板、一底板系统温度传感器、一底板系统隔热垫、一底板系统半导体制冷片、一底板系统水冷元件、一底板系统进水管和一底板系统出水管；所述底板系统温度传感器焊接在所述金属底板内，所述金属底板的底部通过导热硅胶粘连所述底板系统半导体制冷片的顶部，所述底板系统半导体制冷片的底部通过导热硅胶粘连所述底板系统水冷元件，所述底板系统水冷元件上设置有所述底板系统进水管和所述底板系统出水管，所述底板系统进水管和所述底板系统出水管连接外部的散热装置；所述金属底板与所述底板系统水冷元件之间通过胶粘连有所述底板系统隔热垫；焊接在所述金属底板内的所述底板系统温度传感器实时采集所述金属底板的温度，并将采集的温度值发送给所述温控系统，所述温控系统根据接收到的温度值，控制所述底板系统半导体制冷片正负电极的正接或反接，从而实现所述底板系统半导体制冷片的制冷或加热，从而使所述底板系统的温度在设定的温度范围内。