[發(fā)明專利]一種肺替代物及其三維打印與注射成形制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610079526.2
• 申請日: 2016-02-04
• 公開（公告）號: CN105688279B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉暢
• 申請（專利權(quán)）人: 天津冪方科技有限公司
• 主分類號: A61L27/38
• 分類號: A61L27/38;A61L27/18;A61L27/50;A61F2/02;C12N5/0775;C12N5/0735
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種肺替代物及其三維打印與注射成形制造方法，屬于生物醫(yī)用材料和器官制造技術(shù)領(lǐng)域。該肺替代物包括左右肺葉、氣管網(wǎng)絡(luò)、血管網(wǎng)絡(luò)、肺泡組織及肺外膜；所述左右肺葉、氣管網(wǎng)絡(luò)、血管網(wǎng)絡(luò)和肺外膜通過3D打印成形，肺泡組織則是由肺上皮細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)成分溶液/微球，或干細(xì)胞、上皮細(xì)胞生長因子和細(xì)胞外基質(zhì)成分溶液在肺外膜、支氣管網(wǎng)絡(luò)和支血管網(wǎng)絡(luò)3D打印成形過程中由針管在三者間注射成形。本發(fā)明的肺替代物，具有左右肺葉、支血管網(wǎng)絡(luò)和支氣管網(wǎng)絡(luò)，可與人體血管、氣管相連，實(shí)現(xiàn)肺器官的再生修復(fù)；采用的多噴頭3D打印與注射成形技術(shù)保證了非均質(zhì)異向材料從不同角度、不同方向快速成形，提高了異質(zhì)材料的復(fù)合效率和成形結(jié)構(gòu)的生理功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物醫(yī)用材料與實(shí)體器官人工制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種含支氣管網(wǎng)絡(luò)的可移植肺的制備方法。

背景技術(shù)

器官衰竭是人類目前最大的威脅之一,每年器官供體個(gè)數(shù)只是需要進(jìn)行器官移植病人數(shù)目的幾十萬分之一。通過先進(jìn)的成形技術(shù)將多種細(xì)胞和生物材料組裝成可供移植的活體器官是千百年來人類的一個(gè)夢想。快速成形，又稱為三維打印(three-dimensional,3D,printing)或增材制造(additive manufacturing,AM)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)，能使多種細(xì)胞材料單元在數(shù)字模型驅(qū)動(dòng)下自動(dòng)組裝成相應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)，在器官制造領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景[Wang X,et al.Rapid prototyping as tool formanufacturing bioartificial livers.Trends in Biotechnology,2007；25(11)：505-513]。

低溫沉積制造(low-temperature deposition manufacturing,LDM)是清華大學(xué)機(jī)械系生物制造工程中心(2004年7月更名為器官制造中心)針對生物材料成形的特殊要求自主研發(fā)的一種特殊3D打印工藝。其核心技術(shù)是指將生物材料制成液態(tài)，經(jīng)由噴頭在工作臺(tái)上擠出，通過低溫凝固堆積成形。目前該中心已經(jīng)有了活塞擠壓式單噴頭和雙噴頭的生物材料受控成型裝置。如MEM-300-I生物材料快速成形機(jī)，能對兩種細(xì)胞材料單元直接受控組裝。

人體中實(shí)體器官都是由兩種以上不同細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，各種細(xì)胞和結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能密切相關(guān)，可移植實(shí)體器官制造對非均質(zhì)多種不同材料三維結(jié)構(gòu)的成形提出了更高的要求。原有的單噴頭和雙噴頭無法滿實(shí)體器官快速制造的需求。如，中國專利文獻(xiàn)(申請?zhí)?01110205970.1)的噴射裝置為兩個(gè)固定式的電機(jī)助推式噴頭，不同噴頭組件中可裝有不同的成形材料，通過成形臺(tái)在同一平面內(nèi)控制材料成形。

此種成形網(wǎng)絡(luò)有以下不足之處：一、成形臺(tái)只能依靠三維運(yùn)動(dòng)裝置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，加工圓截面和圓環(huán)截面類材料成型時(shí)位置參數(shù)由相互垂直的X軸Y軸控制，精確度有待提高。二、固定式噴頭均為螺桿擠壓式且不可更換，在進(jìn)行細(xì)胞組裝或打印加工時(shí)存在結(jié)構(gòu)性弊端，無法精確控制細(xì)胞打印數(shù)量、細(xì)胞層的厚度和準(zhǔn)確位置。三、成形效率較低，電機(jī)助推式快速成形噴頭噴出的漿料的直徑取決于噴嘴直徑，噴嘴的直徑一般為微米級的，對于需要大范圍平面噴涂含細(xì)胞的水溶膠時(shí)，其工作量巨大，工作時(shí)間長。四、不能噴涂稀高分子溶液、單層細(xì)胞、細(xì)胞微球，電機(jī)助推式快速成形噴頭噴出的漿料直徑一般都在100微米以上，但是高等動(dòng)物細(xì)胞的直徑大都小于25微米，其一次會(huì)噴出多層細(xì)胞。五、無法對成形體側(cè)表面進(jìn)行噴涂，電機(jī)助推式快速成形噴頭需要豎直安裝，如果進(jìn)行水平安裝，則漿料從噴嘴擠出后會(huì)在自身重力的作用下滴落，無法在成形體側(cè)表面附著。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對已有技術(shù)的不足之處，提供一種肺替代物及其3D打印與注射成形制造方法。該肺替代物具備左右肺葉、支血管網(wǎng)絡(luò)和支氣管網(wǎng)絡(luò)，可與人體血管、氣管相連，實(shí)現(xiàn)實(shí)體器官肺的再生修復(fù)。該3D打印與注射成形制造網(wǎng)絡(luò)綜合了目前各種成形技術(shù)的優(yōu)勢，提高了多種細(xì)胞、多種材料多層次、多方位成形時(shí)的靈活性和生理功能，實(shí)現(xiàn)了三種以上含不同材料尤其是細(xì)胞微球在三維空間的精確定位裝配。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：