本發(fā)明屬于3D打印與組織工程領(lǐng)域，具體涉及一種生物3D打印培養(yǎng)一體化系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：
細(xì)胞支架的3D打印與打印組織的體外培養(yǎng)是整個生物3D打印領(lǐng)域中最為關(guān)鍵的兩個方面。傳統(tǒng)的生物組織打印，大部分都是打印與培養(yǎng)是獨(dú)立的兩個部分，打印后再轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的培養(yǎng)環(huán)境中，由于打印及轉(zhuǎn)移過程中所處的環(huán)境與培養(yǎng)環(huán)境差異較大，不能達(dá)到培養(yǎng)環(huán)境要求，降低了細(xì)胞的打印質(zhì)量和成活率。目前已有部分使用打印培養(yǎng)相結(jié)合的方式，將打印工作臺直接放置于培養(yǎng)環(huán)境中從而使打印環(huán)境滿足培養(yǎng)條件，省去了打印后的轉(zhuǎn)移操作。但是，有限的培養(yǎng)空間及較高的培養(yǎng)溫濕度要求，會提高對工作臺構(gòu)件材料、設(shè)計尺寸以及運(yùn)動行程的要求。材料的防腐、絲杠軸承的潤滑會對環(huán)境造成污染。即使找到了可以適應(yīng)相應(yīng)環(huán)境的材料，其機(jī)械性、使用壽命、加工難易程度、材料成本及無毒性等難以同時滿足要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：本發(fā)明提出了一種生物3D打印培養(yǎng)一體化系統(tǒng)及方法，保證在打印過程中不受外界環(huán)境及打印設(shè)備本身的影響，避免了3D打印工作臺在較高的溫濕度環(huán)境中，減小了對工作臺構(gòu)件材料的工作環(huán)境要求，更大限度的提高工作臺的使用性能和壽命，降低了成本。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種生物3D打印培養(yǎng)一體化系統(tǒng)，由打印培養(yǎng)觀測模塊、運(yùn)動模塊和控制模塊組成；其中，打印培養(yǎng)觀測模塊以生物培養(yǎng)系統(tǒng)2為主體，生物培養(yǎng)系統(tǒng)2內(nèi)部配置噴頭3和紫外光源9，噴頭3下方設(shè)置半徑可調(diào)節(jié)的固定卡具5，半徑可調(diào)節(jié)的固定卡具5內(nèi)固定培養(yǎng)皿8，培養(yǎng)皿8內(nèi)為打印的細(xì)胞支架6，還包括對打印進(jìn)行實(shí)時觀測的微型攝像頭4，所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的一側(cè)設(shè)計成開口結(jié)構(gòu)，并且使用柔性材料板7對其進(jìn)行密封處理；所述運(yùn)動模塊包括機(jī)械臂13，控制機(jī)械臂13運(yùn)動的三維移動工作臺1以及為噴頭3提供動力的電機(jī)12，所述三維移動工作臺1通過機(jī)械臂13控制噴頭3的移動，嵌入生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的部分的機(jī)械臂13與柔性材料板7之間也保證密封；所述控制模塊包括相連接的計算機(jī)11和控制器10，所述控制器10與電機(jī)12和三維移動工作臺1連接；所述打印培養(yǎng)觀測模塊、運(yùn)動模塊和控制模塊之間相互協(xié)同共同實(shí)現(xiàn)打印培養(yǎng)一體化，同時，這三個模塊也相對獨(dú)立，能夠單獨(dú)對任意一個模塊進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)而不影響其他模塊。所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的一側(cè)設(shè)計成開口結(jié)構(gòu)，并且使用柔性材料板7對其進(jìn)行密封處理，同時嵌入生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的部分的機(jī)械臂13與柔性材料板7之間也保證密封，這兩處密封，既保證了生物培養(yǎng)系統(tǒng)2中的培養(yǎng)環(huán)境的穩(wěn)定，也實(shí)現(xiàn)了打印培養(yǎng)觀測模塊與運(yùn)動模塊的分離；其中生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的開口尺寸大小要根據(jù)三維移動工作臺1的y，z軸向行程大小而設(shè)計，以防止影響所要打印細(xì)胞支架的預(yù)期尺寸；而且柔性材料板7的面積應(yīng)該大于生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的開口面積，具體的大小設(shè)定根據(jù)三維移動工作臺1的xyz三軸移動的行程的大小來決定；這樣，通過適當(dāng)?shù)脑龃笕嵝圆牧习?的面積來保證打印過程中三維移動工作臺1的自由移動。所述柔性材料板7的材料選擇乳膠、橡膠、帆布、毛氈、聚酯類、聚酰亞胺類或聚氟等所有具有無菌、隔熱的柔性材料。所述生物培養(yǎng)系統(tǒng)2能夠提供正常培養(yǎng)細(xì)胞的環(huán)境，其中包括：無菌、溫度、濕度、電場、磁場、光照強(qiáng)度、CO2濃度與O2濃度方面的設(shè)定與調(diào)節(jié)。嵌入生物培養(yǎng)系統(tǒng)2中的部分機(jī)械臂13和半徑可調(diào)節(jié)的固定卡具5均使用鋁合金、不銹鋼或硬鋁防銹材料，以防止設(shè)備生銹從而縮短設(shè)備的使用壽命且影響內(nèi)部正常的無菌培養(yǎng)環(huán)境。所述半徑可調(diào)節(jié)的固定卡具5能夠適用于不同尺寸半徑的培養(yǎng)皿8的固定，便于滿足打印不同尺寸即10×10mm2—150×150mm2的組織及所需培養(yǎng)環(huán)境個性化尺寸的設(shè)定。所述運(yùn)動模塊中的三維移動工作臺1的運(yùn)動速度范圍為0-50mm/s，xyz三軸行程都是150mm，且在此運(yùn)動速度范圍與行程的大小的條件下，能夠達(dá)到10μm的定位精度，不會產(chǎn)生振動、爬行現(xiàn)象，保證了運(yùn)動精度；所述噴頭3的流量范圍為0.14μl/min-52.95ml/min。由計算機(jī)11向控制器10傳輸信號，通過控制器10來控制電機(jī)12對噴頭3的注射器的擠壓和三維移動工作臺1的xyz三軸聯(lián)動，這樣能夠通過直接在計算機(jī)上進(jìn)行設(shè)定來實(shí)現(xiàn)噴頭3的擠壓與三維移動工作臺1的運(yùn)動集成化控制；解決了由于噴頭3的材料擠壓與三維移動工作臺1的獨(dú)立操控而導(dǎo)致的填料與移動之間的時差問題，從很大的程度上提高了打印的精確度。上述所述的生物3D打印培養(yǎng)一體化系統(tǒng)，包括步驟如下：步驟1：打開紫外光源9，對生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的內(nèi)部、嵌入生物培養(yǎng)系統(tǒng)2中的部分機(jī)械臂13、噴頭3、微型攝像頭4、半徑可調(diào)節(jié)的固定卡具5以及柔性材料板7進(jìn)行滅菌，保證照射24小時；步驟2：滅菌結(jié)束后，關(guān)閉紫外光源9；啟動生物培養(yǎng)系統(tǒng)2的相應(yīng)程序，獲得滿足培養(yǎng)相應(yīng)的細(xì)胞支架6的培養(yǎng)條件；選擇適當(dāng)大...