[實(shí)用新型]一種復(fù)合生物材料3D打印系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720741301.9
• 申請(qǐng)日: 2017-06-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207310537U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李斯華;袁玉宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B29C64/209
• 分類(lèi)號(hào): B29C64/209;B29C64/20;B29C64/112;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司44102
• 代理人: 馮振寧

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及生物組織工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種復(fù)合生物材料3D打印系統(tǒng)。

背景技術(shù)

組織工程是融合工程學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)等學(xué)科，通過(guò)模仿人體組織器官形成的過(guò)程在體外構(gòu)建和培養(yǎng)具有生物活性的結(jié)構(gòu)體。這其中，3D打印技術(shù)因?yàn)槠淇墒褂枚喾N材料成型任何復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，成為組織工程領(lǐng)域最有力的研究手段。3D打印技術(shù)的原理就是分層制造，層層累積。傳統(tǒng)的細(xì)胞打印噴頭就是將細(xì)胞與生物材料混合后并擠出形成一條絲線(xiàn)狀，在多次往復(fù)形成面，面的堆積繼而形成相應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)。這其中典型的噴頭就是電機(jī)助推式噴頭。

圖1是傳統(tǒng)的電機(jī)助推式噴頭三維結(jié)構(gòu)剖分示意圖，直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)固定在運(yùn)動(dòng)裝置支架上，螺桿在直線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下可對(duì)噴頭內(nèi)的成形材料施加一定的壓力，成形材料隨即從噴嘴擠出，加熱棒和隔熱外套安裝在噴頭下段使噴頭內(nèi)的成形材料保持設(shè)定的溫度。

此種設(shè)計(jì)雖然簡(jiǎn)單可靠，但是也有以下不足之處：1)打印結(jié)構(gòu)體的力學(xué)性能不佳，與細(xì)胞混合的一般是具有良好生物相容性的生物天然高分子材料，比如明膠、膠原和纖維蛋白原等，其力學(xué)性能較弱，在打印出來(lái)后在培養(yǎng)液中經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的浸泡甚至不能拿出來(lái)檢測(cè)；2)細(xì)胞活性不高，傳統(tǒng)的打印噴頭通過(guò)電機(jī)助推擠出，這種體積式的控制方法對(duì)細(xì)胞通過(guò)狹小噴嘴時(shí)產(chǎn)生極大的剪切力，造成細(xì)胞膜的破裂與死亡；3)為了使相關(guān)材料具有一定的成型性能，明膠等混合細(xì)胞的生物材料使用的濃度較高，在這種情況下，細(xì)胞在其中的遷徙和增殖造成困難。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種復(fù)合生物材料3D打印系統(tǒng)，所述3D打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可以實(shí)現(xiàn)多種材料和細(xì)胞的準(zhǔn)確成型。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種復(fù)合生物材料3D打印系統(tǒng)，其中，包括第一料筒和第二料筒，所述第一料筒下方設(shè)有用于產(chǎn)生連續(xù)狀態(tài)的增強(qiáng)纖維的靜電紡絲裝置，所述靜電紡絲裝置包括設(shè)在第一料筒底部的高電壓噴嘴以及設(shè)在高電壓噴嘴下方的接地環(huán)，這樣高電壓噴嘴和接地環(huán)之間就會(huì)形成電場(chǎng)，所述接地環(huán)下方設(shè)有混合噴嘴，所述第二料筒與所述混合噴嘴之間設(shè)有轉(zhuǎn)接管，所述轉(zhuǎn)接管一端連接所述第二料筒的底部，另一端連接所述混合噴嘴的上端，所述第一料筒中盛裝用于生成連續(xù)狀態(tài)靜電紡絲纖維的生物合成高分子材料溶液，由于高電壓噴嘴和接地環(huán)之間形成有電場(chǎng)，基于靜電紡絲原理，生物合成高分子材料溶液通過(guò)高電壓噴嘴形成微米級(jí)的射流，也就是最終的連續(xù)狀態(tài)的靜電紡絲纖維，然后經(jīng)接地環(huán)進(jìn)入混合噴嘴，生物合成高分子材料具有良好的力學(xué)性能，其生成的連續(xù)狀態(tài)靜電紡絲纖維在復(fù)合生物材料中起到骨架支撐作用；所述第二料筒中盛裝用于生成生物活性材料的細(xì)胞和生物天然高分子材料混合液，包括細(xì)胞的生物天然高分子材料具有良好的生物相容性，能為細(xì)胞提供合適的生存微環(huán)境，該混合液經(jīng)轉(zhuǎn)接管進(jìn)入混合噴嘴，包裹在從第一料筒中出來(lái)的靜電紡絲纖維外圍，最后兩者一起從混合噴嘴中噴出。

進(jìn)一步的，所述第一料筒和第二料筒外圍分別設(shè)有第一溫控裝置和第二溫控裝置，第一溫控裝置和第二溫控裝置能夠分別為第一料筒和第二料筒內(nèi)部提供最合適的溫度環(huán)境，以保證第一料筒和第二料筒中盛裝的材料及細(xì)胞的最佳活性。

進(jìn)一步的，所述第一溫控裝置包括設(shè)在所述第一料筒外壁上的第一加熱環(huán)和包覆在所述第一加熱環(huán)、第一料筒以及混合噴嘴外圍的第一保溫層。所述第二溫控裝置包括設(shè)在所述第二料筒外壁上的第二加熱環(huán)和包覆在所述第二加熱環(huán)以及第二料筒外圍的第二保溫層。這樣，第一料筒和第二料筒均設(shè)有獨(dú)立的加熱環(huán)和保溫層，因此，第一料筒和第二料筒內(nèi)部的溫度是獨(dú)立控制的，也就是說(shuō)，所述第一溫控裝置和第二溫控裝置是相互獨(dú)立控制的。

進(jìn)一步的，所述高電壓噴嘴與所述接地環(huán)之間的距離為3-30mm。

進(jìn)一步的，所述第一料筒和第二料筒中盛裝的料液的推動(dòng)方式為高壓氣體推動(dòng)。

本實(shí)用新型還提供上述的復(fù)合生物材料3D打印系統(tǒng)的打印方法，其中，包括以下步驟：

S1. 選擇合適的生物合成高分子材料制成溶液，裝入第一料筒中備用，選擇合適的細(xì)胞和生物天然高分子材料，按照合適的比例配比，制成細(xì)胞混合液，裝入第二料筒中備用；

S2. 開(kāi)啟第一溫控裝置和第二溫控裝置，分別將第一料筒和第二料筒的溫度設(shè)置在合適的檔位；