本发明涉及一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台，它包括三维运动平台、控制系统、支架、图像采集系统、图像处理系统、上位机和双喷头系统。三维运动平台与控制系统电连接，支架设置在三维运动平台上，图像采集系统设置在支架的上方，由图像采集系统获取支架的图像，将图像经图像处理系统处理得到的位置信息传输至上位机；上位机提取预先设置的细胞打印模型，向控制系统发送启动指令，由控制系统控制双喷头系统的工作状态，同时控制系统实时调节三维运动平台的位置。本发明可以按照天然组织的细胞组成、细胞分布进行种植，创造了一种精确模拟天然组织的高效细胞种植方法。
1.一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台，其特征在于：它包括三维运动平台、控制系统、支架、图像采集系统、图像处理系统、上位机和双喷头系统；所述三维运动平台与所述控制系统电连接，所述支架设置在所述三维运动平台上，所述图像采集系统设置在所述支架的上方，由所述图像采集系统获取所述支架的图像信息，将图像信息经所述图像处理系统处理得到位置信息并传输至所述上位机；所述上位机提取预先设置细胞打印模型，向所述控制系统发送启动指令，由所述控制系统控制所述双喷头系统的工作状态，同时所述控制系统实时调节所述三维运动平台的位置。
2.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台，其特征在于：所述支架为生物材料支架，所述支架内设置有若干个规则的孔隙。
3.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台，其特征在于：所述图像采集系统由若干LED平行光线照明灯、CMOS灰度摄像头、图像采集集成盒构成；所述图像处理系统与所述CMOS灰度摄像头电连接，所述图像采集集成盒底部设置所述CMOS 灰度摄像头，所述CMOS 灰度摄像头周围设置有若干所述LED平行光线照明灯。
4.如权利要求2所述的一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台，其特征在于：所述双喷头系统由两电动机和两打印喷头构成；两所述电动机由所述控制系统控制其转速，进而控制两所述打印喷头的挤出速度，两所述打印喷头内预设有细胞悬液，两所述打印喷头在所述支架的所述孔隙内进行细胞打印。
5.一种如权利要求1-4任一项所述基于3D打印技术的支架内细胞种植平台的种植方法，其特征在于包括以下步骤：
2)打开电源，启动上位机，三维运动平台运动至规定的初始位置；
3)把支架放置在三维运动平台上并进行固定，将细胞悬液装入两打印喷头内；
4)LED平行光线照明灯亮起，CMOS摄像头进行图像采集，经图像处理系统处理得到位置信息并上传至上位机；
5)上位机提取细胞打印模型，并发送打印指令，控制系统同时调节三维运动平台和两打印喷头；
6)使两打印喷头在支架内按照细胞打印模型进行打印，完成支架内细胞种植。
一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种支架内细胞种植及方法，特别是关于一种在生物医学工程领域中使用的基于3D打印技术的支架内细胞种植平台及方法。
背景技术
[0002] 器官供给不足是困扰当今世界的难题。根据世界卫生组织的统计，器官捐献数与需进行器官移植手术的病人数之比为1:20。为了解决这一难题，上世纪80 年代，美国的Joseph P.Vacanti和Robert Langer教授首次提出组织工程的概念。组织工程是一门结合工程学以及自然科学，通过体外培养或构建的方法，再造或者修复器官及组织的技术。构建细胞与生物材料支架的三维结构复合体组织，用来对病损组织进行形态、结构以及功能的重建并达到永久性替代是组织工程的核心思想。支架是三维结构复合体的关键，它不仅为特定的细胞提供结构支撑作用，而且还起到诱导作用，引导组织再生并控制组织结构。细胞和支架结合的过程称为细胞种植。良好的细胞种植对于构建三维结构复合体起到重要作用。
[0003] 理想的细胞种植方法应该具有以下特点，细胞分布均匀，种植效率高，细胞存活率高，细胞位置分布可控。细胞位置分布可控可以让研究者按照自己的设计去得到细胞排布结构，从而保证重建组织的功能，这一点对于构建特定功能的三维组织是非常关键的。
[0004] 目前，支架内细胞种植主要可以分为静态种植和动态种植。静态种植有表面种植和注射种植两种方法，这两种方法种植的细胞分布不均匀、种植效率低。动态种植有磁力种植、低压种植和生物反应器等种植方法，磁力种植存在细胞需标记，操作复杂的缺点；低压种植存在细胞分布不可控，对设备要求高；生物反应器方法存在所需时间长，细胞分布不可控的缺点。在支架内种植细胞是比较困难的，其原因是：支架内存在空气；支架内存在界面力和表面张力；支架材料具有亲疏水特性；支架形状复杂等。导致种植的细胞分布不均匀，种植位置不可控，种植效率低等问题。因此亟需一种种植方法解决上述问题。
发明内容
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台及方法，其操作简便、种植效率高、细胞分布均匀，可以模拟天然组织的细胞组成，对多种细胞进行精确排布。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台，其特征在于它包括三维运动平台、控制系统、支架、图像采集系统、图像处理系统、上位机和双喷头系统；所述三维运动平台与所述控制系统电连接，所述支架设置在所述三维运动平台上，所述图像采集系统设置在所述支架的上方，由所述图像采集系统获取所述支架的图像信息，将图像信息经所述图像处理系统处理得到位置信息并传输至所述上位机；所述上位机提取预先设置细胞打印模型，向所述控制系统发送启动指令，由所述控制系统控制所述双喷头系统的工作状态，同时所述控制系统实时调节所述三维运动平台的位置。
[0007] 优选地，所述支架为生物材料支架，所述支架内设置有若干个规则的孔隙。
[0008] 优选地，所述图像采集系统由若干LED平行光线照明灯、CMOS灰度摄像头、图像采集集成盒构成；所述图像处理系统与所述CMOS灰度摄像头电连接，所述图像采集集成盒底部设置所述CMOS 灰度摄像头，所述CMOS 灰度摄像头周围设置有若干所述LED平行光线照明灯。
[0009] 优选地，所述双喷头系统由两电动机和两打印喷头构成；两所述电动机由所述控制系统控制其转速，进而控制两所述打印喷头的挤出速度，两所述打印喷头内预设有细胞悬液，两所述打印喷头在所述支架的所述孔隙内进行细胞打印。
[0010] 一种基于3D打印技术的支架内细胞种植方法，其特征在于包括以下步骤：1) 对双喷头系统进行灭菌处理，配置细胞悬液；2)打开电源，启动上位机，三维运动平台运动至规定的初始位置；3)把支架放置在三维运动平台上并进行固定，将细胞悬液装入两打印喷头内；4)LED平行光线照明灯亮起，CMOS摄像头进行图像采集，经图像处理系统处理得到位置信息并上传至上位机；5)上位机提取细胞打印模型，并发送打印指令，控制系统同时调节三维运动平台和两打印喷头；6)使两打印喷头在支架内按照细胞打印模型进行打印，完成支架内细胞种植。
[0011] 本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用基于3D打印技术的支架内细胞种植平台及方法，保证了细胞种植的效率。2、本发明采用基于3D打印技术的支架内细胞种植平台及方法，可以按设定的细胞组成、细胞分布进行种植，创造了一种精确模拟天然组织的高效细胞种植方法。
附图说明
[0012] 图1是本发明的整体结构示意图；
[0013] 图2是本发明的细胞种植结果示意图。
具体实施方式
[0014] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0015] 如图1所示，本发明提供一种基于3D打印技术的支架内细胞种植平台，其包括三维运动平台1、控制系统2、支架3、图像采集系统4、图像处理系统5、上位机6和双喷头系统。三维运动平台1与控制系统2电连接，由控制系统2控制三维运动平台1的位置，支架3设置在三维运动平台1上，图像采集系统4设置在支架3的上方，由图像采集系统4获取支架3的图像信息，图像信息经图像处理系统5处理得到位置信息，并将位置信息传输至上位机6，由上位机6存储和分析支架3位置信息。上位机6提取预先设置的细胞打印模型，向控制系统2发送启动指令，由控制系统2控制双喷头系统的工作状态，同时控制系统2实时调节三维运动平台1的位置，将细胞有效均匀种植在支架3内，完成支架3内细胞种植。
[0016] 上述实施例中，如图2所示，支架3为生物材料支架。支架3内设置有若干个规则的孔隙7，用于将需要打印的细胞种植在孔隙7内。
[0017] 上述各实施例中，图像采集系统4由若干LED平行光线照明灯、CMOS灰度摄像头、图像采集集成盒构成。图像处理系统5与CMOS灰度摄像头电连接，图像采集集成盒底部设置CMOS 灰度摄像头，CMOS 灰度摄像头周围设置有若干LED平行光线照明灯。LED平行光线照明灯亮起，CMOS灰度摄像头获取支架3的图像，CMOS 灰度摄像头将采集的图像信息传输至图像处理系统。
[0018] 上述各实施例中，双喷头系统由两电动机8和两打印喷头9构成。两电动机8 由控制系统2控制其转速，进而控制两打印喷头9的挤出速度，两打印喷头9内预设有细胞悬液10，两打印喷头9在支架3的孔隙7内进行细胞打印，得到规则排布的细胞11。
[0019] 基于上述装置，本发明还提供一种基于3D打印技术的支架内细胞种植的方法，其具体步骤如下：
[0020] 1)对双喷头系统进行灭菌处理，配置细胞悬液；
[0021] 2)打开电源，启动上位机，三维运动平台运动至规定的初始位置；
[0022] 3)把支架放置在三维运动平台上并进行固定，将细胞悬液装入两打印喷头内；
[0023] 4)LED平行光线照明灯亮起，CMOS摄像头进行图像采集，经图像处理系统处理得到位置信息并上传至上位机；
[0024] 5)上位机提取细胞打印模型，并发送打印指令，控制系统同时调节三维运动平台和两打印喷头；
[0025] 6)使两打印喷头在支架内按照细胞打印模型进行打印，完成支架内细胞种植。
[0026] 上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
