[發(fā)明專利]一種生物3D打印設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610247342.2
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105751510B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣青;朱莉婭;李瀾;李宗安;李客樓;楊建飛
• 申請（專利權(quán)）人: 蔣青;朱莉婭;李瀾;李宗安;李客樓;楊建飛
• 主分類號: B29C64/135
• 分類號: B29C64/135;B29C64/20;B29C64/209;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;A61F2/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 胡建華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于組織工程中的生物打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種生物3D打印設(shè)備。

背景技術(shù)

組織工程是應(yīng)用工程學(xué)、生命科學(xué)的原理和方法來制備具有生物活性的人工替代物，用以維持、恢復(fù)或提高人體組織、器官的一部分或全部功能。組織工程可應(yīng)用于包括骨和軟骨組織工程，皮膚組織工程，心、肝、腎等內(nèi)臟器官組織等多方面。

生物3D打印是利用3D打印離散/堆積成型的基本原理和方法，對生物材料(包括天然生物材料和人工合成生物材料)或細(xì)胞懸浮液進(jìn)行受控打印，形成所需的具有生物活性的植入物、細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)或人工組織器官等。生物3D打印作為生命科學(xué)與現(xiàn)代制造科學(xué)交叉的新興技術(shù)，有利于構(gòu)建組織工程中所需的各種三維仿生結(jié)構(gòu)。

目前生物3D打印技術(shù)主要分為兩大類：噴墨成型技術(shù)和擠壓成型技術(shù)。其中，氣動式活塞擠出噴頭利用壓縮氣體提供持續(xù)氣壓動力推動活塞擠出噴頭內(nèi)的生物材料使生物材料連續(xù)從微噴管中擠出成型。氣動擠壓成型具有成型材料范圍廣、柔性高、控制方便等優(yōu)點。

但是，現(xiàn)有生物3D打印設(shè)備采用固定的成型平臺，且噴頭僅能在有限的成型空間內(nèi)工作，存在以下不足之處：

①只能先在體外完成植入物、組織工程支架、組織器官等生物三維結(jié)構(gòu)的打印，無法在動物或人體內(nèi)實時地完成所需組織或器官的打印與修復(fù)。

②噴頭只能依靠三維運動裝置進(jìn)行運動，不適用于各類組織器官的微創(chuàng)手術(shù)實施。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種生物3D打印設(shè)備。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種生物3D印設(shè)備，包括打印機架、運動控制系統(tǒng)、3D生物打印筆裝置、氣泵和氣壓控制器；所述3D生物打印筆裝置包括筆身外殼和筆身外殼內(nèi)部可拆卸的打印筆，打印筆底端包括一可旋轉(zhuǎn)拆卸的打印筆頭，所述打印筆頭包括固定式和手持式兩種，所述兩種打印筆頭上均安裝有UV點光源，所述筆身外殼上套接連接片，所述連接片連接打印機架；氣泵和氣壓控制器安裝在打印機架外側(cè)與打印筆相連，打印筆筆頭在氣壓作用下產(chǎn)生液滴。

本發(fā)明采用氣動擠壓成型，通過光線照射或化學(xué)交聯(lián)等方式使高分子溶液在常溫環(huán)境下快速固化，成形空間開放，打印筆可拆卸后手持操作，有利于實現(xiàn)組織或器官的實時、微創(chuàng)、原位打印

本發(fā)明中，筆身外殼外側(cè)套接噴頭套管，所述噴頭套管頂部設(shè)有可旋轉(zhuǎn)的L型固定栓，L型固定栓上設(shè)有止擋臂；L型固定栓的止擋臂轉(zhuǎn)到打印筆頂端時用于對打印筆限位，L型固定栓的止擋臂離開打印筆頂端時，打印筆便可拆卸拿出。

本發(fā)明中，所述筆身外殼側(cè)面設(shè)有一列通孔，連接片上設(shè)有連接片通孔，螺栓穿過連接片通孔和筆身外殼的通孔將筆身外殼固定在連接片上，從而調(diào)節(jié)3D生物打印筆裝置的高度。

本發(fā)明中，所述打印筆頭為可拆卸的圓錐形的固定式打印筆頭，固定式打印筆頭的筆頭端部設(shè)有固定式UV點光源。

本發(fā)明中，所述打印筆頭為可拆卸的細(xì)長桿形狀的手持式打印筆頭，手持式打印筆頭中部套接手持式UV點光源。

本發(fā)明中，所述打印筆上設(shè)有點光源開關(guān)、氣泵開關(guān)及排線通道。

本發(fā)明提供的一種基于開放空間生物3D打印設(shè)備的生物三維打印方法，包括以下步驟：

(1)建立需要打印的三維實體模型，進(jìn)行切片處理，獲取每層的數(shù)據(jù)信息；

(2)配置所需的高分子生物材料溶液，置于打印筆內(nèi)；

(3)將步驟(1)中得到的切片信息輸入運動控制系統(tǒng)，控制打印筆筆頭噴射步驟(2)中配置好的生物材料溶液，打印完一層后，打印筆上升一層高度，如此往復(fù)，逐層堆積成型，至所打印的實體模型打印完成；

(4)步驟(2)中所述的高分子生物材料溶液包括含細(xì)胞且含有光敏材料的高分子溶液、不含細(xì)胞但含有光敏材料的高分子溶液以及不含細(xì)胞且不含光敏材料的高分子溶液；

(5)步驟(2)中所述的各種含有光敏材料的高分子溶液成形過程中，使點狀光源射出的光線同時照射在打印筆頭噴出的高分子溶液上，固化并形成三維實體結(jié)構(gòu)；

(6)步驟(2)中所述的各種不含光敏材料的高分子溶液成形過程中，打印筆頭噴出高分子溶液至成形區(qū)域的基底溶液上，通過化學(xué)交聯(lián)，固化形成三維實體結(jié)構(gòu)；

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明沒有固定的打印平臺，醫(yī)生可以將患者的手臂、腿部、關(guān)節(jié)等大尺寸身體組織器官置于生物3D打印機成形空間內(nèi)，實現(xiàn)骨、軟骨、肌肉、皮膚等組織器官的實時、在體打印修復(fù)；