CN110373324A - 集生物活组织3d打印和组织细胞培养功能一体化的装置 - Google Patents
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Abstract
一种集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，仿生组织工程培养器设有进液口和出液口，该培养器腔内设有承载打印组织的升降平台，3D打印设备位于培养器上，打印设备的各机械手臂自由端分别设有打印喷头，升降平台下端固定内螺纹套，内螺纹套与培养器底部轴孔内的密封件滑动配合，驱动电机位于培养器下方，驱动电机转轴通过螺杆与内螺纹套配合，培养器内设有导向滑轨，升降平台与导向滑轨滑动配合，所述3D打印设备、驱动电机、加温器均由计算机软件控制***控制，驱动电机在计算机软件控制***控制驱动升降平台在3D打印过程中逐步下降，使打印的组织坯体下降浸入培养器中的培养液，且让打印平面保持在培养液液面上方。
Description
技术领域
本发明涉及生物组织工程制备装置领域，特别涉及一种集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置。
背景技术
生物3D打印是一种具有良好应用前景的工程化人体组织构建方法，随着近年来生物3D打印技术的快速发展以及人们对精准医疗要求的不断提高，生物3D打印以其独有的个性化特点，越来越受到人们的广泛关注。我国目前已将3D打印技术列入技术发展的重点。
由于生物3D打印技术具有含细胞打印的特点，仅只能使用细胞相容程度较高的固化工艺，目前主要运用的是紫外光固化成型技术。由于紫外光的穿透性差，光固化的打印过程需要进行的周期性薄层打印、固化成型；同时光聚合反应具有较长的时间滞后性，导致了打印大体积复杂组织的时间往往长达数小时甚至数天。因此，在长时间的打印过程中，细胞处于饥饿状态，导致了细胞发生自噬、凋亡等一系列的病理改变，致使打印的组织中生物活性较差，难以存活。为解决上述问题，目前常采用的方法是低温打印，即降低打印舱室的温度至4-10℃，减缓细胞的新城代谢，可在一定程度上降低细胞的死亡率。但是，低温常导致细胞线粒体损伤，导致细胞的活性仍难以维持较高的水平，无法实现高活性的生物3D打印，严重限制了生物3D打印的临床应用。
发明内容
本发明的目的之一是针对现有技术存在的不足，提供一种集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，它通过在仿生组织工程培养器上设置生物3D打印机设备，在仿生组织工程培养器中设置承载打印组织的升降平台，使在3D打印的过程中逐步成型组织体能够随升降平台下降，及时浸入到培养液中得到营养供给，实现打印过程中环境温度维持于37℃以保证打印细胞的高活性，保证3D打印生物组织的长期存活和生物功能。
本发明的另一目的是针对现有技术存在的不足，提供一种采用权利要求1所述的一体化装置的组织工程培养***，它能调控循环培养液的营养供应，形成在稳定的仿生模拟环境中进行生物活组织3D打印。
生物组织的体外仿生培养，是指将应用组织工程技术构建的组织工程组织置于模拟体内生理环境的体外培养条件下进行培养，以促进组织工程组织结构和功能成熟，其通常是通过仿生组织工程培养器来实现仿生培养。
本发明的目的之一是这样实现的：一种集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，包括仿生组织工程培养器、3D打印设备、驱动电机，所述仿生组织工程培养器设有培养液的进液口和出液口，所述仿生组织工程培养器的腔内设有承载打印组织的升降平台，3D打印设备安装在组织工程培养器上端，所述3D打印设备的多个机械手臂伸入组织工程培养器腔内，各机械手臂的自由端分别设有打印喷头，所述承载打印组织的升降平台下端固定连接一内螺纹套，所述内螺纹套向下伸出组织工程培养器底部设置的轴孔，且与轴孔内设置的密封件形成滑动配合，所述驱动电机位于组织工程培养器下方，驱动电机的转轴通过螺杆与内螺纹套螺纹配合，所述组织工程培养器的腔壁内侧设有导向滑轨，承载打印组织的升降平台通过设有的导向槽与导向滑轨滑动配合且形成周向限位。所述3D打印设备、驱动电机均由计算机软件控制***控制，所述计算机软件控制***用于控制3D打印设备打印具有生物活细胞的组织坯体，用于控制驱动电机驱动承载打印组织的升降平台在3D打印过程中逐步下降，使打印平面始终保持在培养液的液面上方，而打印的组织坯体随升降平台下降浸入仿生组织工程培养器中的培养液中进行培养。3D打印设备在计算机软件控制***控制下，由多个机械手臂自由端的打印喷头，在仿生组织工程培养器中的承载打印组织的升降平台上进行组织打印，驱动电机在计算机软件控制***控制下，随打印进度驱动升降平台逐步下降，使打印成型的组织逐步浸入仿生组织工程培养器中的培养液中，并让打印平面保持高于培养液液面约500μm，能够使打印成型的组织及时浸入到培养液中得到营养供给，提高细胞的高活性，保证 3D 打印生物组织的长期存活和生物功能。
多个机械手臂分别设置的打印喷头上，有的设有紫外光源，有的设有加热装置，有的设有紫外光源和加热装置，分别用于对打印的生物墨水塑性固化或刻蚀去除打印铸型剂。
所述仿生组织工程培养器的腔内设有消毒装置。使3D 打印能够在无菌环境中进行。
所述密封件采用油封或机械密封。既可以防止培养液漏出，又能保证内螺纹套转动且升降。
所述承载打印组织的升降平台设有若干上下贯通的通孔，用于供培养液通过。
所述承载打印组织的升降平台上安装固定有打印组织承载盘。在打印组织承载盘上进行组织打印，可以避免打印组织在升降平台上滑移，造成打印误差，保证组织打印成功。
所述仿生组织工程培养器的进液口上游设有一加温器，加温器由计算机软件控制***控制。使进入仿生组织工程培养器中培养液保持在37℃，实现打印组织及时在37℃的环境温度进行培养，提高细胞的高活性。
所述驱动电机为步进电机。有利于控制在升降平台的下降精度，保证打印平面在高于培养液液面约500μm，并能随打印进度逐步下降。
本发明的另一目的是这样实现的：
一种采用权利要求1所述一体化装置的组织工程培养***，其特征在于：包括权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置，所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的进液口通过循环灌流装置与培养液气/液和液/液交换器的循环培养液出口连接，所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的出液口通过生化成分检测单元与培养液气/液和液/液交换器的循环培养液入口连接，所述培养液气/液和液/液交换器的新鲜培养液进口与一伸缩泵的下游端连接，该伸缩泵的上游端与一新鲜培养液储存瓶连接，所述培养液气/液和液/液交换器的气体进口经电磁阀连接储气瓶，培养液气/液和液/液交换器的气体出口与外界相通，所述循环灌流装置的下游端与集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的进液口之间设置加温器，所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的3D打印设备、驱动电机、生化成分检测单元、循环灌流装置、伸缩泵、电磁阀、加温器均由计算机软件控制***控制，所述3D打印设备在计算机软件控制***控制下进行组织打印，所述驱动电机在计算机软件控制***控制下驱动承载打印组织的升降平台随打印进程逐步下降，所述循环灌流装置在计算机软件控制***控制下控制灌流的速度，所述生化成分检测单元用于实时监控循环培养液的pH、氧分压、糖成分，并实时反馈至计算机软件控制***，计算机软件控制***分析采集的生化成分检测单元的信息后输出信号控制伸缩泵、电磁阀工作，调控循环培养液的营养供应，所述加温器在计算机软件控制***控制下控制循环培养液温度，由此形成仿生模拟环境进行生物活组织3D打印和组织细胞培养。该***能够使集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置在3D打印过程中，通过灌流提供的循环培养液及时对打印组织提供培育营养，并且通过生化成分检测单元对打印、培养环境的pH、氧分压、糖成分进行监控，通过采集到的信息及时调控循环培养液的营养供应，实现反馈-智能调节-培养液更新。而所述循环灌流装置的下游端与集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的进液口之间设置加温器，可以使进入一体化装置内的循环培养液能够维持37℃的温度。由此为生物活组织3D打印提供稳定的仿生模拟环境，提高生物活组织和组织细胞培养的高活性，保证3D打印生物组织的长期存活和生物功能。
而生化成分检测单元置于集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的出液口下游，可实时监控培育后流出的循环培养液中pH、氧分压、糖成分等指标，为向培养液气/液和液/液交换器供给新鲜培养液和O2 、CO2 、N2的量提供依据，由此保证经培养液气/液和液/液交换器向集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置输送的循环培养液的营养充足。
所述循环灌流装置采用由步进电机驱动的伸缩泵，伸缩泵采用具有褶皱腔壁的伸缩变容式泵囊，伸缩变容式泵囊的收缩和舒张能够使循环培养液产生脉冲式液流。
本发明的有益效果为：通过将生物3D打印设备与仿生组织工程培养器进行整合，通过计算机软件控制***控制，在仿生组织工程培养器中的承载打印组织的升降平台上进行3D打印活细胞生物组织，通过在打印过程中进行循环培养液的循环灌流，可以使打印的细胞在打印环节中及时得到良好的营养供应和物质交换，实现打印环境的仿生优化，最大限度的保证打印组织的生物学活性。同时通过加温器提供37℃的循环培养液，解决了传统的低温打印工艺致使的细胞活性下降的问题，使打印细胞的活性得到极大提高，从而实现打印过程中细胞的长期存活。
针对3D打印生物墨水的固化成型具有一定的滞后性的特点，运用升降平台承载打印组织，通过计算机软件控制***控制打印界面的高度，保证打印界面始终处在高于循环培养液液面500um的高度，即保证了组织细胞的营养供应，又不影响生物墨水的成型，实现了打印结构的稳定性和高活性的统一。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明的具有生物3D打印功能的仿生组织工程培养器的示意图；
图2为本发明的具有生物3D打印功能的仿生组织工程培养***的示意图。
具体实施方式
参见图1，一种集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，包括仿生组织工程培养器1、3D打印设备、驱动电机3-3。所述驱动电机3-3为步进电机。所述仿生组织工程培养器1为设有内腔的容器，该仿生组织工程培养器1设有培养液的进液口1-2和出液口1-1，其中出液口1-1的位置高于进液口1-2，能够使循环培养液保持设定的液面高度。所述仿生组织工程培养器1的腔内设有承载打印组织的升降平台2，3D打印设备安装固定在组织工程培养器1上端的盖板上。所述3D打印设备的多个机械手臂8伸入组织工程培养器1腔内，各机械手臂8的自由端分别设有打印喷头7，打印喷头7包括用于打印生物墨水的喷头，用于打印支架材料的喷头，用于打印铸型剂的喷头。这些打印喷头设有紫外光源，有的设有加热装置，有的设有紫外光源和加热装置，这些紫外光源、加热装置可分别用于对打印的生物墨水塑性固化或刻蚀去除打印铸型剂。所述承载打印组织的升降平台2下端固定连接一内螺纹套3-2，该内螺纹套3-2与升降平台2一体加工成型或焊接固定在升降平台2下端，也可采用螺钉与升降平台2固定连接，所述内螺纹套3-2向下伸出组织工程培养器1底部设置的轴孔，且与轴孔内设置的密封件4形成滑动配合。所述密封件4采用油封或机械密封，本实施例采用油封进行密封，既能防止组织工程培养器1中盛装的循环培养液泄漏，又能使内螺纹套3-2相对于油封上下移动。所述驱动电机3-3位于组织工程培养器1下方，驱动电机3-3的转轴通过螺杆3-1与内螺纹套3-2螺纹配合，所述螺杆3-1与驱动电机3-3的转轴周向固定连接，也可以将驱动电机3-3转轴外伸出的延伸段加工成螺杆。所述组织工程培养器1的腔壁内侧设有导向滑轨6，承载打印组织的升降平台2通过设有的导向槽与导向滑轨6滑动配合且形成周向限位，由此形成螺杆螺母机构，在驱动电机3-3的驱动下，螺杆3-1旋转使内螺纹套3-2呈直线运动，带动承载打印组织的升降平台2上升或下降。所述承载打印组织的升降平台2设有若干上下贯通的通孔，用于供培养液通过。本实施例在所述承载打印组织的升降平台2上安装固定有打印组织承载盘13，打印组织承载盘13通过螺钉或销轴固定在升降平台2上端，可以避免打印组织承载盘13在培养液浮力作用下发生移位，造成打印误差。3D打印在组织承载盘13的凹槽中开始进行，利用打印组织承载盘13设有的凹槽对打印组织限位，防止打印组织偏移。本实施例在仿生组织工程培养器1的进液口1-2上游设有一加温器20，该加温器20可采用输液用的电加温器，让循环培养液的进液输送管从加温器20中经过，能够将循环培养液的温度维持在37℃，消除了传统低温打印工艺致使细胞活性下降的弊端。所述3D打印设备、驱动电机3-3、加温器20均通过数据线与计算机连接（未图示），由计算机软件控制***控制。所述计算机软件控制***用于控制3D打印设备打印具有生物活细胞的组织坯体；也用于控制驱动电机3-3驱动承载打印组织的升降平台2在3D打印过程中逐步下降，使打印平面始终保持在培养液的液面上方，而打印的组织坯体随升降平台2下降及时浸入仿生组织工程培养器1中的培养液中进行培养；以及用于控制加温器20温度，使从加温器20通过的循环培养液的温度能维持在37℃。所述仿生组织工程培养器1的腔内还可以设置消毒装置5。所述消毒装置5可采用紫外光消毒装置，通过消毒装置5可使仿生组织工程培养器1内腔形成无菌环境，避免打印过程造成细菌污染。
本装置在进行生物活组织3D打印时，由计算机软件控制***根据建立的生物活组织3D模型，控制3D打印设备在仿生组织工程培养器1腔内的承载打印组织的升降平台2上进行3D打印，在3D打印打印前，通过计算机软件控制***控制灌流进仿生组织工程培养器1腔内的循环培养液量，3D打印开始后，随着打印组织12逐渐增高，驱动电机3-3在计算机软件控制***控制下驱动升降平台2逐渐下降，让已打印成型的打印组织12随升降平台2下降逐渐浸入培养液中及时得到培养，并使打印组织12在打印过程中的打印平面始终保持在高于培养液液面500μm，避免打印过程中打印平面被淹入培养液中，保证打印过程正常进行，直至打印组织12最终打印完成，完成后的打印组织12才全部浸入培养液中进行培养。
参见图1、图2，一种采用权利要求1所述一体化装置的组织工程培养***，包括权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置，所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的组织工程培养器1的进液口通过循环灌流装置11与培养液气/液和液/液交换器9的循环培养液出口连接，所述循环灌流装置11的上游端通过输液管22连接培养液气/液和液/液交换器9的循环培养液出口，循环灌流装置11的下游端通过输液管14连接组织工程培养器1的进液口。所述循环灌流装置11采用由步进电机驱动的伸缩泵，该伸缩泵采用具有褶皱腔壁的伸缩变容式泵囊，伸缩变容式泵囊的收缩和舒张能够使循环培养液产生脉冲式液流；当然，所述循环灌流装置11也可采用蠕动泵实现灌流，只是采用蠕动泵模拟血管收缩和舒张的效果不及伸缩泵。所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的组织工程培养器1的出液口通过生化成分检测单元10与培养液气/液和液/液交换器9的循环培养液入口连接。所述生化成分检测单元10的上游端通过输液管23连接组织工程培养器1的出液口，所述生化成分检测单元10的下游端通过输液管24连接培养液气/液和液/液交换器9的循环培养液入口。所述培养液气/液和液/液交换器9的新鲜培养液进口通过输液管21与一伸缩泵15的下游端连接，该伸缩泵15的上游端通过输液管26与一新鲜培养液储存瓶16的出口连接，所述培养液气/液和液/液交换器9的新鲜培养液出口通过输液管25与新鲜培养液储存瓶16的进口连接，所述培养液气/液和液/液交换器9的气体进口通过供气管19经电磁阀18连接储气瓶17，培养液气/液和液/液交换器9的气体出口与外界相通。所述循环灌流装置11的下游端与集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的组织工程培养器1的进液口之间设置加温器20，使循环灌流装置11的下游端连接组织工程培养器1的进液口的输液管14从加温器20经过，能够将从输液管内经过的循环培养液加温到37℃再进入组织工程培养器1内，为组织细胞培养创造一个适合的环境温度，以提高细胞高活性，保证3D打印生物组织的长期存活和生物功能。所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的3D打印设备、驱动电机3-3、生化成分检测单元10、循环灌流装置11、伸缩泵15、电磁阀18、加温器20均由计算机软件控制***控制（未图示）。使3D打印设备在计算机软件控制***控制下进行组织打印；驱动电机3-3在计算机软件控制***控制下驱动承载打印组织的升降平台2随打印进程逐步下降，让已打印出的组织坯体及时进入组织工程培养器1中的循环培养液中得到获取营养，得到培育；而循环灌流装置11在计算机软件控制***控制下控制灌流的速度，保持组织工程培养器1中循环培养液的液面高度；所述生化成分检测单元10用于实时监控循环培养液的pH、氧分压、糖成分，并实时反馈至计算机软件控制***，通过计算机软件控制***分析采集的生化成分检测单元的信息后输出信号控制伸缩泵15、电磁阀18工作，及时向培养液气/液和液/液交换器9中补充新鲜培养液和所需的O2 、CO2 、N2，调控循环培养液的营养供应；所述加温器20在计算机软件控制***控制下控制循环培养液温度，使从加温器20经过的循环培养液温度保持在37℃再进入组织工程培养器1内；由此形成仿生模拟环境进行生物活组织3D打印和组织细胞培养的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能于一体的组织工程培养***。本技术方案中的培养液气/液和液/液交换器9采用授权公告号为CN 101486967 B的组织工程组织仿生培育的培养液气/液和液/液交换器，能够使循环培养液一直保持充分的营养，还能减少新鲜培养液的用量，降低生物活组织3D打印和组织细胞培养的成本。
本发明的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置及***工作过程，以3D打印胫骨骨骺端的组织结构为例，有如下步骤 ：
1、生物信息采集与建模：
1）采集需要打印具有软骨-骨-骨髓复合结构的胫骨骨骺端的生物信息，通过优化骨结构影像采集方法，运用灌注铸型和组学三维截面重建技术，个性化采集人胫骨平台的骨骺端的内外部结构和血循环管网的三维数据；
2）将采集的生物信息输入计算机软件，将实际组织外观与微环境表达为仿生的多材料、多尺度的几何模型，建立仿生软骨-骨-骨髓及其微血管三维数学模型，建立的几何模型包括软骨区域、密致骨区域、松质骨区域、松质骨中间的营养孔隙区域、血管壁区域、血管腔区域、组织外辅助塑性区域。
2、配置生物打印材料
准备构建软骨-骨-骨髓复合组织所需的各种细胞，配制适用构建软骨-骨-骨髓复合组织所需的各种细胞的液态可固化水凝胶材料载体，将构建软骨-骨-骨髓复合组织所需的各种细胞按设定的密度分别接种于相应的液态可固化水凝胶材料载体中，配制含细胞的各种生物墨水，同时，配制用于打印软骨-骨-骨髓复合组织的密致骨区域的硬材料，以及配制用于打印组织外辅助塑性区域的第一铸型剂，配制用于打印松质骨中间的营养孔隙区域的第二铸型剂，配制用于打印血管腔区域的第三铸型剂。
3、3D打印骨组织坯体：
打印前准备：对仿生组织工程培养器1、生化监控单元10、循环灌流装置11等设备进行环氧乙烷消毒，在新鲜培养液储存瓶16内装载含有10%胎牛血清、1%青/链霉素的完全培养基。对仿生组织工程培养器1所在环境进行紫外光消毒1h。打开计算机，载入之前建立的数学几何模型；
将配制的铸型剂、硬材料以及含细胞的生物墨水分别装载到生物3D打印设备的各料仓中，通过计算机软件控制***控制3D打印设备在仿生组织工程培养器1中的承载打印组织的升降平台2上，按照设置的打印程序进行3D打印，生物3D打印设备的多个喷头按照设定的打印程序轮流喷出或挤出液体进行3D打印，喷出或挤出的液体分别在相应的条件下固化，其中，用第一铸型剂打印组织外辅助塑性区域，用第二铸型剂打印松质骨中间的营养孔隙区域，用第三铸型剂打印血管腔区域，用含软骨细胞的生物墨水打印软骨-骨-骨髓复合组织的软骨区域，用含成骨细胞和间充质干细胞的生物墨水打印软骨-骨-骨髓复合组织的松质骨区域，用含血管内皮细胞的生物墨水打印血管壁区域，用硬材料打印软骨-骨-骨髓复合组织的密致骨区域，形成软骨-骨-骨髓复合组织坯体。
3D打印设备的各个机械手臂8自由端的打印喷头7，按照建立的几何模型在计算机软件控制***的控制下交替对各打印区域进行打印。
打印过程中，驱动电机3-3在计算机软件控制***控制下，随打印进度驱动升降平台2逐步下降，使打印成型的组织逐步浸入仿生组织工程培养器1中的循环培养液中，并让打印平面保持高于培养液液面约500μm，使打印成型的组织及时浸入到培养液中得到营养供给，提高细胞的高活性，保证3D打印生物组织的长期存活和生物功能，并使打印喷头7能够继续在打印平面上进行打印，让打印平面不与培养液产生干涉。同时，加温器20在计算机软件控制***控制下对流经的循环培养液进行加温，使进入仿生组织工程培养器1中的循环培养液维持在37℃，用于提高打印细胞的活性。并且使含细胞的生物墨水在365nm波长紫外光作用下固化，使铸型剂在37℃温度下或凝血酶作用下固化。
4、刻蚀成型：
组织坯体固化后，对各区域的铸型剂进行分级刻蚀，在不同阶段采用不同的手段分别去除用于辅助组织塑性的第一铸型剂、用于营养孔隙成型的第二铸型剂以及用于血管腔成型的第三铸型剂，得到有血管网和营养孔隙的软骨-骨-骨髓复合组织。例如，打印完成后2小时，通过254nm的紫外光降解祛除组织外辅助塑性区域的第一铸型剂，然后通过降温到25℃祛除营养孔隙区域的第二铸型剂22，如N-异丙基丙烯酰胺，以形成营养孔隙；再经过2-4天细胞生长与融合的过程，在培养液中加入纤溶酶或阶梯降温祛除血管腔区域的第三铸型剂，形成血管网。
5、体外培养：
让打印成型的胫骨骨骺端坯体淹没在组织工程培养器1中的培养液中，采用培养液循环灌流进行培养，并通过生化成分检测单元10对循环培养液的pH、氧分压、糖成分进行监控，通过采集到的信息经计算机软件控制***分析后根据需要控制伸缩泵15、电磁阀18工作，及时向培养液气/液和液/液交换器9补充新鲜培养液和O2 、CO2 、N2，并控制循环灌流装置11调控循环培养液流速，为组织培养提供充分的营养供应，实现反馈-智能调节-培养液更新，保证循环培养液的营养，同时使循环培养液保持37℃的温度，为组织培养提供一个更加适合细胞存活、繁殖的环境，提高细胞活性，经连续循环灌流培养60天，实现胫骨骨骺端组织的预成熟。由此保证3D打印生物组织的长期存活和生物功能。
Claims (10)
1.一种集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：包括仿生组织工程培养器、3D打印设备、驱动电机，所述仿生组织工程培养器设有培养液的进液口和出液口，所述仿生组织工程培养器的腔内设有承载打印组织的升降平台，3D打印设备安装在组织工程培养器上端，所述3D打印设备的多个机械手臂伸入组织工程培养器腔内，各机械手臂的自由端分别设有打印喷头，所述承载打印组织的升降平台下端固定连接一内螺纹套，所述内螺纹套向下伸出组织工程培养器底部设置的轴孔，且与轴孔内设置的密封件形成滑动配合，所述驱动电机位于组织工程培养器下方，驱动电机的转轴通过螺杆与内螺纹套螺纹配合，所述组织工程培养器的腔壁内侧设有导向滑轨，承载打印组织的升降平台通过设有的导向槽与导向滑轨滑动配合且形成周向限位，所述3D打印设备、驱动电机、加温器均由计算机软件控制***控制，所述计算机软件控制***用于控制3D打印设备打印具有生物活细胞的组织坯体，用于控制驱动电机驱动承载打印组织的升降平台在3D打印过程中逐步下降，使打印平面始终保持在培养液的液面上方，而打印的组织坯体随升降平台下降浸入仿生组织工程培养器中的培养液中进行培养。
2.根据权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：多个机械手臂分别设置的打印喷头上，有的设有紫外光源，有的设有加热装置，有的设有紫外光源和加热装置，分别用于对打印的生物墨水塑性固化或刻蚀去除打印铸型剂。
3.根据权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：所述仿生组织工程培养器的腔内设有消毒装置。
4.根据权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：所述密封件采用油封或机械密封。
5.根据权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：所述承载打印组织的升降平台设有若干上下贯通的通孔，用于供培养液通过。
6.根据权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：所述承载打印组织的升降平台上安装固定有打印组织承载盘。
7.根据权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：所述仿生组织工程培养器的进液口上游设有一加温器，加温器由计算机软件控制***控制。
8.根据权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化的装置，其特征在于：所述驱动电机为步进电机。
9.一种采用权利要求1所述一体化装置的组织工程培养***，其特征在于：包括权利要求1所述的集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置，所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的进液口通过循环灌流装置与培养液气/液和液/液交换器的循环培养液出口连接，所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的出液口通过生化成分检测单元与培养液气/液和液/液交换器的循环培养液入口连接，所述培养液气/液和液/液交换器的新鲜培养液进口与一伸缩泵的下游端连接，该伸缩泵的上游端与一新鲜培养液储存瓶连接，所述培养液气/液和液/液交换器的气体进口经电磁阀连接储气瓶，培养液气/液和液/液交换器的气体出口与外界相通，所述循环灌流装置的下游端与集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的进液口之间设置加温器，所述集生物活组织3D打印和组织细胞培养功能一体化装置的3D打印设备、驱动电机、生化成分检测单元、循环灌流装置、伸缩泵、电磁阀、加温器均由计算机软件控制***控制，所述3D打印设备在计算机软件控制***控制下进行组织打印，所述驱动电机在计算机软件控制***控制下驱动承载打印组织的升降平台随打印进程逐步下降，所述循环灌流装置在计算机软件控制***控制下控制灌流的速度，所述生化成分检测单元用于实时监控循环培养液的pH、氧分压、糖成分，并实时反馈至计算机软件控制***，计算机软件控制***分析采集的生化成分检测单元的信息后输出信号控制伸缩泵、电磁阀工作，调控循环培养液的营养供应，所述加温器在计算机软件控制***控制下控制循环培养液温度，由此形成仿生模拟环境进行生物活组织3D打印和组织细胞培养。
10.根据权利要求9所述的组织工程培养***，其特征在于：所述循环灌流装置采用由步进电机驱动的伸缩泵，伸缩泵采用具有褶皱腔壁的伸缩变容式泵囊，伸缩变容式泵囊的收缩和舒张能够使循环培养液产生脉冲式液流。
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