基于气动控制的多细胞三维组装技术研究

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1、32卷2期中国生物医学工程学报Vo1．32NO．2April20132013年4月ChineseJournalofBiomedicalEngineering基于气动控制的多细胞三维组装技术研究杨敏徐铭恩陈洁毅赵占盈葛亚坤严明郭淼(杭州电子科技大学生命信息与仪器工程学院，杭州310018)摘要：细胞三维受控组装为组织工程和再生医学等研究领域拓展了新的理论和技术。由于器官是由不同细胞组成并具有复杂微观结构的三维结构体，多细胞组装是细胞组装技术发展的关键。针对多细胞组装问题，本研究基于气动控制的多细胞组装平台，利用压缩空气作为动力，采用非水平排列方法设计多喷头模块，设计并构建了实现

2、多细胞三维受控组装的硬件系统和控制系统，并基于该系统进行了3种颜色基质材料的组装和2种活细胞的组装实验。结果表明：本系统可实现3个喷头的准确切换和组装，组装过程中喷头喷射的启停响应迅速，启停响应延迟小于5ms；成型精度小于30m，喷头间不易发生干扰；系统易于实现多喷头扩展和控制。该系统在三维空间内可完成3种材料的阶梯结构、圆环形腔结构、多边形结构等多种有重要生物应用价值结构的成型组装，并完成2种活细胞组装。CD34和OilredO染色实验结果显示，组装的细胞在结构内生长良好，细胞定位准确并保持细胞性状。本研究为制造复杂的人体组织和器官提供了新的技术。关键词：气动喷头；多细胞组

3、装；组织工程；再生医学中图分类号R318文献标志码A文章编号0258—8021(2013)02~211—09ResearchonThree-DimensionMulti-CellAssemblyTechniqueBasedonPneumaticControlYANGMinXUMing—EnCHENJie—YiZHAOZhan—YingGEYa—KunYANMingGUOMiao(CollegeofLifeInformationScience＆InstrumentEngineering，HangZhouDianZiUniversity，Hangzhou310018，China)

4、Abstract：Three—dimensioncontrolledcell—assemblytechnologyprovidesnewtheoryandtechnologyfortissueengineeringandregenerativemedicine．Organshavecomplexthree—dimensionalstructurescomposedofdifferentcells．Themulti—cellassemblytechniqueisonecrucialtooltodevelopmentofcell—assemblytechnology．Inthis

5、study，wedevelopedamulti—cellassemblytechniquebasedonthepneumaticcontro1．Wedesignedandconstructedpneumaticnozzlemodelbymakinguseofcompressedairaspowerandnon—horizontalarrangementmethod．Basedonthissystem，weconductedaseriesofcellassemblyexperimentsonthreekindsofcolormatrixmaterialandtwokindsof

6、livingcells．Resultsdemonstratedthatthesystemcanrealizeaccurateswitchingandassemblyamongthreenozzles．Intheassemblingprocess，jetofnozzlerespondsquicklyatstart—stop，moreover，thestart—stopresponsedelayisshortthan5msandtheformingprecisionissmallthan30m，thepositionsofnozzleisaccurate，nozzlesweren

7、otinterferewithothers，andthesystemiseasytorealizeandconvenientformulti—nozzleextendandcontro1．Basedonthesystem，themoldingassemblyofmanykindsofimportantbiologicalvaluestructureofthreekindsofmaterials，suchasladderstructure，circularcavitystructureandPolygon