[發明專利]基于雙數字電子顯微鏡的電噴生物支架制造裝置監控系統

有效

• 申請號: 201910812727.2
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110625924B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 董玉來;孫捷;楊睿
• 申請（專利權）人: 西交利物浦大學
• 主分類號: B29C64/118
• 分類號: B29C64/118;B29C64/20;B29C64/205;B29C64/245;B29C64/386;B29C64/393;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 范晴

本發明涉及一種用于電噴微納生物支架制造裝置的監控系統及監控方法，該監控系統包括用于對制造過程進行監控的監控模塊，對監控信息進行采集和分析的處理模塊，以及電噴制造控制器；監控模塊包括至少兩個數字顯微攝像頭，以分別監控從噴針噴出的電噴射流和基板上支架制造過程中的纖維沉積層；處理模塊包括用于采集射流圖像和纖維沉積圖像的采集模塊，以及用于識別電噴射流形態特征和纖維沉積層形貌特征的圖像分析模塊；電噴制造控制器根據處理模塊的反饋信息，對電噴微納生物支架制造裝置和監控系統進行調控。整體設備結構簡單，以合理的成本實現微納生物支架制造各步驟的全覆蓋、不間斷監控，設備性價比高。

技術領域

本發明涉及一種用于電噴微納生物支架制造裝置的監控系統及監控方法，屬于微納米纖維支架制造工程領域。

背景技術

人體組織的細胞尺寸范圍為幾微米到幾十微米。為了向藥物篩選、組織工程和再生醫學等應用提供接近人體細胞外間質的三維微環境以利于細胞三維繁殖培養，具有多樣性孔徑和孔形的微納米級拓撲結構的電噴生物仿生支架成為研究熱點。該支架應用移動路徑導向的微米到納米級的定向纖維，層層堆積制備。然而，電噴微射流的復雜屬性以及生物支架微形貌的高要求增加了支架制造的難度。電噴微納生物支架的制造受到噴針與基板之間的距離和電壓、溶液進給速度、射流在飛行中的拉伸、基板移動速度、溫度和濕度等多種參數的影響，并且該過程一般持續二至四小時，其間，生物支架結構的復雜性、溶液的不均勻性、環境擾動等不穩定因素，都會直接影響微納支架的表面形貌，導致制造支架的微納精準度降低、不同支架批次之間的可比性差。

現有生物微納支架制造設備的監控方法，一種是應用高速相機對準高分子材料溶液噴頭出口處的形態（泰勒錐）進行連續圖像采集；再者是采用高清攝像方式監測纖維沉積層表面的成型效果，提示流涎、斷絲等缺陷。這些常用監測方法的缺點是成本過高，且監控區域有限。由于電噴生物支架制造中采用高粘度流體，射流速度為50-400mm/s，所以性能可靠、價格適中的數字電子顯微攝像頭足以對微納尺度的射流形態和纖維沉積過程進行清晰的捕捉，從而實現支架制造過程中，對射流到沉積實時全面監控。在此基礎上，發展射流圖像檢測模塊和纖維沉積圖像檢測模塊，根據檢測結果，進而自動調整電噴射流參數、沉積參數。

此外，電噴過程中的環境參數如溫度和濕度直接影響電噴支架的制造。針對溫濕度的調整，大多數生物支架制造設備只對溫度進行了單點采集與控制，偶爾對濕度進行簡單的人工干預，這種簡單調控不利于微納尺度生物支架的高精度制造；而帶有壓縮機的專用溫濕度檢測控制裝置結構復雜且造價昂貴，不利于推廣使用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于電噴微納生物支架制造裝置的監控系統及監控方法，在降低生物支架制造監控成本的同時有效地提升生物支架制造的精度與可靠性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

用于電噴微納生物支架制造裝置的監控系統，所述電噴微納生物支架制造裝置包括高精度移動平臺、設置在所述高精度移動平臺上的基板、設置在所述基板上方的噴針和電噴生物高分子溶液進給單元、高壓電源以及電噴制造控制器；

所述監控系統包括用于對制造過程進行監控的監控模塊，以及對監控信息進行采集和分析的處理模塊；所述監控模塊包括至少一個對準所述噴針設置的第一數字顯微攝像頭和至少一個對準所述纖維沉積基板設置的第二數字顯微攝像頭，以分別監控從所述噴針噴出的電噴射流和基板上纖維沉積過程中的沉積層；

所述處理模塊包括用于采集射流圖像和纖維沉積圖像的采集模塊，以及用于識別所述電噴射流形態特征和沉積層形貌特征的圖像分析模塊；

所述電噴制造控制器連接所述高精度移動平臺、電噴生物高分子溶液進給單元、高壓電源和監控模塊，所述控制器內設有調節模塊，所述調節模塊根據所述處理模塊的反饋信息，對所述電噴微納生物支架制造裝置和參數進行調控。