本发明属于生物3d打印和数字光处理领域的一种光固化打印机，具体涉及了一种基于“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印系统及其打印方法。
背景技术：
1、dlp(digital light procession)全称是“数字光处理”技术，属于增材制造技术领域的一种打印控制方法。为了复刻原生组织的生物环境，并实现其生物功能，多细胞生物打印是制造复杂组织及器官的必然要求以及未来生物3d打印的发展方向。实现的技术有挤出打印、喷墨打印、光固化打印等，其中，光固化打印具有成形精度高、成形速度快、模型构建容易的优势。
2、传统多细胞数字光处理打印工艺使用手动换料、多料槽换料、微流控换料等方法实现多材料打印，但尚无法实现超柔性载细胞生物墨水的高精度三维成形和高效率多细胞打印，主要存在以下几个问题：
3、1)换料和打印过程串行，换料效率低；
4、2)多料槽换料存在交叉污染、生物活性差。
5、针对以上问题，将换料过程与打印过程并行，提高打印效率；同时使用无接触单槽换料，减少交叉污染。外加物理场辅助是一个较为合适的方式。在此前外加物理场辅助的研究中，磁场与电场仅能操控磁性粒子或极性电控高分子，用于异质性或强化结构的打印，声场无法操控粒子在平面内任意移动，光场只能操纵小粒子。相比之下，磁场辅助是较好的选择，但在实现多细胞生物打印上还存在着以下几个问题：
6、1)细胞不可直接磁控；
7、2)现有dlp设备不可磁控；
8、3)换料打印过程需并行协同。
技术实现思路
1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明主要提出了一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印工艺，将细胞制备在磁性微球中，通过引入磁场辅助，利用磁场对磁性粒子的吸引力，通过磁场控制含细胞磁性微球的运动，使得细胞到达指定位置完成打印，实现换料过程与打印过程并行，提高打印效率；同时使用单料槽无接触换料，减少交叉污染；实现了基于单料槽的“高精度-高效率-高细胞活性”的生物制造新工艺，为异质组织/器官的生物制造提供新方法。
2、为了实现上述目的，本发明包括以下技术方案：
3、一、一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机
4、多细胞数字光处理打印机包括磁场发生装置和光固化装置，磁场发生装置用于产生磁场控制载有不同细胞对应磁性微球的聚集、分散，使得目标细胞运动到目标打印位置；光固化装置，用于控制包含目标细胞的生物墨水在目标打印位置固化成形。
5、所述磁场发生装置包括电源和多极电磁铁，多极电磁铁设置在光固化装置中，多极电磁铁与电源相连。
6、所述光固化装置包括光机、步进电机、z轴丝杆、成形平台和料槽；
7、料槽可移动地安装在光机上，料槽上方设置有成形平台，磁场发生装置设置在料槽外，成形平台与z轴丝杆相连，步进电机与z轴丝杆同轴固连，成形平台的固化端垂直对准料槽中心，料槽用于放置生物墨水；步进电机控制z轴丝杆转动，带动成形平台沿着z轴丝杆上下移动。
8、所述多极电磁铁由多个单极电磁铁沿圆周间隔布置组成，每个单极电磁铁均包括铁芯、金属框架和线圈；铁芯的一端部设置为锥形并记为锥形端部，铁芯的锥形端部设置在内侧，除了锥形端部的铁芯外同轴套设有金属框架，金属框架包括至少两个圆环块，多个圆环块依次间隔地同轴套设在铁芯外，相邻两个圆环块之间的铁芯外圆周侧外均绕制有线圈，从每个单极电磁铁的内端到外端，线圈的外径依次递增。
9、所述多极电磁铁中至少包含四个单极电磁铁。
10、所述金属框架为铝框架。
11、所述生物墨水中至少包含一种细胞，每种细胞载于对应磁含量的微球中。
12、二、一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印方法
13、1)将载有不同细胞、不同磁含量的微球配置在生物墨水中，再将生物墨水滴入料槽中；
14、2)根据多材料打印模型确定各打印层的目标图案；打印前调节多极电磁铁、光机和料槽之间的距离，使得料槽的光固化打印平面p1与料槽在梯度旋转磁场中最佳磁场作用平面p2重合；
15、3)每个打印层中，在对应目标图案的每个打印位置下，通过控制磁场发生装置中多极电磁铁产生对应的目标梯度旋转磁场，目标梯度旋转磁场驱动料槽中载有不同磁含量、不同细胞的微球聚集或分散，获得在当前打印位置下的目标细胞；同时驱动成形平台下降、光机投影对当前打印位置处的目标细胞进行固化，实现层内换料与打印并行，固化完成后执行4)；
16、4)改变打印位置，成形平台抬升，同时重复3)，对当前打印层内的不同打印位置进行对应的目标细胞固化，直至完成当前打印层；
17、5)重复3)-4)，对剩余打印层进行打印，直至获得目标三维结构。
18、所述在当前打印位置下的目标细胞包括在当前打印位置下不存在细胞。
19、所述3)中，根据不同微球中的磁含量，调整电源向多极电磁铁传输的正弦半波电流的频率、幅值，从而控制梯度旋转磁场的旋转频率和场强，进而控制载有不同细胞、不同磁含量的微球聚集或分散，使得目标细胞到达目标打印位置。
20、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
21、1、本发明使用细胞微球作为打印单元，由微球尺寸控制打印精度(～50μm)，同时以面作为成形单元，相比于挤出和喷墨打印，成型精度高、成形速度快；
22、2、本发明使用磁场辅助，在单料槽内实现换料，同时换料过程与打印过程并行，与传统多料槽、顺序注射等多材料光固化打印相比，减少了交叉污染，提高了打印效率；
23、3、本发明使用多种细胞微球进行打印，可实现多细胞组织在单一打印过程中的同步构建，在三维空间内任意分布细胞。
1.一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，其特征在于，包括磁场发生装置和光固化装置，磁场发生装置用于产生磁场控制载有不同细胞对应磁性微球的聚集、分散，使得目标细胞运动到目标打印位置；光固化装置，用于控制包含目标细胞的生物墨水在目标打印位置固化成形。
2.根据权利要求1所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，其特征在于，所述磁场发生装置包括电源(101)和多极电磁铁(102)，多极电磁铁(102)设置在光固化装置中，多极电磁铁(102)与电源(101)相连。
3.根据权利要求1所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，其特征在于，所述光固化装置包括光机(201)、步进电机(202)、z轴丝杆(203)、成形平台(204)和料槽(205)；
4.根据权利要求2所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，其特征在于，所述多极电磁铁(102)由多个单极电磁铁沿圆周间隔布置组成，每个单极电磁铁均包括铁芯(301)、金属框架(302)和线圈(303)；铁芯(301)的一端部设置为锥形并记为锥形端部，铁芯(301)的锥形端部设置在内侧，除了锥形端部的铁芯(301)外同轴套设有金属框架(302)，金属框架(302)包括至少两个圆环块，多个圆环块依次间隔地同轴套设在铁芯(301)外，相邻两个圆环块之间的铁芯(301)外圆周侧外均绕制有线圈(303)，从每个单极电磁铁的内端到外端，线圈(303)的外径依次递增。
5.根据权利要求2所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，其特征在于，所述多极电磁铁(102)中至少包含四个单极电磁铁。
6.根据权利要求5所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，其特征在于，所述金属框架(302)为铝框架。
7.根据权利要求3所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，其特征在于，所述生物墨水中至少包含一种细胞，每种细胞载于对应磁含量的微球中。
8.一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印方法，其特征在于，打印方法采用权利要求1-7任一所述的“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印机，方法包括以下步骤：
9.根据权利要求1所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印方法，其特征在于，所述在当前打印位置下的目标细胞包括在当前打印位置下不存在细胞。
10.根据权利要求1所述的一种“光场-磁场”耦合调控的多细胞数字光处理打印方法，其特征在于，所述3)中，根据不同微球中的磁含量，调整电源(101)向多极电磁铁(102)传输的正弦半波电流的频率、幅值，从而控制梯度旋转磁场的旋转频率和场强，进而控制载有不同细胞、不同磁含量的微球聚集或分散，使得目标细胞到达目标打印位置。