多细胞/类器官精准3D打印关键技术与成套装备研发

1）功能性一体化生物3D 打印墨水体系的研发
特异性生物活性材料的制备及其表征
在明确靶组织/器官细胞外基质特异性组分特征的基础上，以生命体重要细胞外基质组分为出发点，利用材料精准合成技术、大分子可控自组装技术及材料可控功能化技术，结合可感知细胞微环境并随之发生变化的化学键/分子，仿生构建系列可快速凝胶化、含特异性活性结构单元（RGD、半乳糖酸、生长因子活性单元等）及刺激（温度、酶等）响应性结构单元的肽类树枝状大分子及基于蛋白类（明胶、胶原等）和多糖类（琼脂糖、壳聚糖、海藻酸、透明质酸等）的生物活性材料；制备出可经物理（剪切稀化、热致交联）、化学（金属离子、迈克尔加成、点击化学）和/或光催化等交联法快速凝胶化的生物活性材料。
2）多细胞/类器官精准3D 打印系统平台与工艺研发
研究基于空间点云的组织/器官异质体动态建模
功能性异质体建模理论及建模方法：针对课题5 提供靶组织/器官的个性化造型（动物实验模型、药物筛选模型）及研究内容1提供的多种材料属性信息，采用细化STL模型来描述生物异质模型空间结构；根据靶组织/器官异质实体的结构和材料形态变化，利用空间微四面体重构的异质材料零件设计方法，进行材料属性的定义与赋值；材料域建立在空间域基础之上，遵循该规则建立几何数据和材料分布数据的映射关系。
研发具有实时检测与在线修整功能的多细胞复合3D 打印设备
多模块系统设计：基于模块化系统设计思想，对多细胞打印设备进模块化处理，完成总体架构搭建；研发基于DSP+FPGA 的控制系统，满足异质模型切片和路径规划带来的大量数据处理需求，实现多喷头联动打印、喷墨打印头阵列和多模块并行控制；根据功能需要，设定挤压喷墨集成组合打印模块、实时检测与修整模块、状态监控模块、无菌环境控制模块等。
核心器件——打印头设计：以实现打印方式、工艺与生物墨水良好匹配为目标，通过充分的调研和前期实验分析，兼顾打印精度和成型效率，明确针对靶组织/器官的功能结构设计的多种生物墨水的两种主要的打印方式（挤压式和喷墨式），可保证较高的细胞存活率，实现较大范围粘度（1mPa/s-6x105mPa/s）材料的精准定位高效成型；明确生物墨水的物理化学特性（交联方式、流变特性等）、生物功能特性，确定材料的打印方式和凝胶方式，以满足生物力学要求为目的进行（单一材料和多组分）打印头结构与功能设计，实现“靶组织/器官打印需求