打印噴頭系統(tǒng)和可調(diào)軟質(zhì)空心管支架的混合噴霧打印工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為機(jī)械自動(dòng)化與生物技術(shù)、組織工程交叉領(lǐng)域，具體涉及打印噴頭系統(tǒng)和可調(diào)軟質(zhì)空心管支架的混合噴霧打印工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]組織工程通過模擬天然組織結(jié)構(gòu)，利用細(xì)胞、支架、生長(zhǎng)因子等三元素構(gòu)建人造組織，用于受損或退化組織修復(fù)。其中，支架是空間運(yùn)輸和定位細(xì)胞和生長(zhǎng)因子的關(guān)鍵，不僅需要具有一定的機(jī)械承載能力和含水性，而且在面向厚組織和器官的應(yīng)用中，為了給大量細(xì)胞運(yùn)輸足夠的營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)因子、氧氣，并排出代謝廢物，使細(xì)胞能生長(zhǎng)并融合到一起，形成大規(guī)模的組織和器官，但制造并形成具有類似血管結(jié)構(gòu)和血管網(wǎng)絡(luò)的血管化是其制造難點(diǎn)。
[0003]海藻酸鈉等水凝膠的結(jié)構(gòu)與活體組織的細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)相似，具有良好的生物相容性、生物降解性、低毒性和免疫保護(hù)等重要性質(zhì)，其內(nèi)部富含的大量水可有效地為細(xì)胞提供生長(zhǎng)條件，被廣泛的應(yīng)用于制備支架，但大塊的水凝膠內(nèi)部管型結(jié)構(gòu)很難定制化完成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)不足，提供一種3D打印系統(tǒng)，不僅可以在打印水凝膠支架的同時(shí)將不同的細(xì)胞根據(jù)需求打印在指定位置，而且形成具有空心圓管結(jié)構(gòu)支架(scaffold)或細(xì)胞與支架的復(fù)合體(construct)，可有效地完成仿生血管網(wǎng)的構(gòu)建和功能。該方法可以廣泛的應(yīng)用于各種生物組織的構(gòu)建。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種印噴頭系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括五個(gè)功能部件:氣動(dòng)動(dòng)力源、送料裝置、混合裝置、噴頭和噴霧裝置，氣動(dòng)動(dòng)力源與送料裝置通過氣動(dòng)軟管連接，送料裝置與混合裝置連接，混合裝置與噴頭通過氣動(dòng)軟管連接。
[0007]所述混合裝置采用回行結(jié)構(gòu)，包括接頭，第一曲形管，第一直，第一 U形管，第二曲形管，第二 U形管，第二直管，第三直管；第一直管與第一曲形管連接，第一 U形管與第一直管連接，第二直管與第一 U形管連接，第二 U形管與第二直管連接，第三直管與第二 U形管連接，第二曲形管與第三直管連接；內(nèi)部包括第一靜態(tài)攪拌葉片，第二靜態(tài)攪拌葉片，其中第一曲形管與接頭連接。
[0008]第一直管、第二直管、第三直管中設(shè)置有第一靜態(tài)攪拌葉片，第一 U形管中設(shè)置有第二靜態(tài)攪拌葉片。
[0009]所述的噴頭包括噴頭一或噴頭二。
[0010]混合裝置與噴頭一連接或與噴頭二連接。
[0011]—種可調(diào)軟質(zhì)空心管支架的混合噴霧打印工藝，包括以下步驟:
[0012]1)、在常溫下，送料裝置中的儲(chǔ)液罐A裝有溶液A、儲(chǔ)液罐B中裝有溶液B，在氣動(dòng)動(dòng)力源提供的壓力氣體的作用下，溶液A與溶液B由雙液點(diǎn)膠閥擠出；
[0013]2)、溶液A與溶液B由雙液點(diǎn)膠閥擠出后，進(jìn)入混合裝置，在氣動(dòng)動(dòng)力源提供的壓力氣體的作用下，溶液A與溶液B接觸反應(yīng)，并且經(jīng)過第一靜態(tài)攪拌葉片，第二靜態(tài)攪拌葉片，流經(jīng)整個(gè)混合裝置的回行結(jié)構(gòu)后，溶液A與溶液B充分混合；
[0014]3)、溶液A與溶液B經(jīng)混合管充分混合后，進(jìn)入噴頭一或噴頭二，在噴頭一或噴頭二出口處，形成空心或?qū)嵭膱A管結(jié)構(gòu)；
[0015]4)、在噴頭一出口處，形成空心圓管結(jié)構(gòu)的同時(shí)，在噴頭一中的針頭二中擠入溶液C，溶液C與溶液A與溶液B的混合物在在噴頭一出口處接觸，形成空心圓管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
[0016]5)、溶液D從噴霧裝置擠出形成霧化溶液D，與從噴頭一擠出的形成空心圓管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的混合物的表面接觸反應(yīng)，形成空心管的外部結(jié)構(gòu)；
[0017]6)、通過上述步驟即構(gòu)建一層空心圓管結(jié)構(gòu)，構(gòu)建下一層時(shí)同上述步驟，溶液D從噴霧裝置擠出形成霧化溶液D，與步驟4)的混合物進(jìn)行反應(yīng)，即能夠增強(qiáng)層與層之間的連接強(qiáng)度。構(gòu)建的空心圓管結(jié)構(gòu)為兩層或多層。
[0018]從噴頭二擠出的實(shí)心圓管結(jié)構(gòu)與從噴霧裝置擠出形成霧化溶液D接觸反應(yīng)，生成實(shí)心圓管結(jié)構(gòu)。
[0019]溶液A的擠出速度為0.1-1.0ml/min,溶液B的擠出速度為0.1-1.0ml/min,溶液C的擠出速度為40-70ul/sec，溶液D的擠出速度為300-700ul/sec。
[0020]溶液A是以海藻酸鈉、殼聚糖為代表的天然凝膠材料，溶液B是以氯化鈣或氯化鋇、氫氧化鈉代表的能引發(fā)海藻酸鈉、殼聚糖成膠的溶液，溶液C是以氯化鈣或氯化鋇、氫氧化鈉代表的能引發(fā)海藻酸鈉、殼聚糖成膠的溶液，溶液D是以氯化鈣或氯化鋇、氫氧化鈉代表的能引發(fā)海藻酸鈉、殼聚糖成膠的溶液，溶液B的濃度為0.2% -0.6% (m/v)，溶液C的濃度為2% -6% (m/v)，溶液D的濃度為2% -6% (m/v)。
[0021]本發(fā)明提供打印噴頭系統(tǒng)和可調(diào)軟質(zhì)空心管支架的混合噴霧打印工藝，能夠使兩種溶液完全混合，能夠打印連續(xù)的空心或?qū)嵭膱A管結(jié)構(gòu)并累加形成不同結(jié)構(gòu)，解決類似血管等空心圓管的打印和制造，并且解決在組織工程中修復(fù)大塊組織為傳遞營(yíng)養(yǎng)等物質(zhì)而構(gòu)建支架內(nèi)部微流道結(jié)構(gòu)的制造問題，可以廣泛的應(yīng)用于各種生物組織的構(gòu)建。
【附圖說明】
[0022]圖1為打印噴頭系統(tǒng)；
[0023]I為氣動(dòng)動(dòng)力源、2為送料裝置、3為混合裝置、4為噴頭一、5為噴頭二、6為噴霧裝置、7為空壓機(jī)、8為減壓閥、9為雙液點(diǎn)膠閥、10為控制器、11為儲(chǔ)液罐A、12為儲(chǔ)液罐B。
[0024]圖2為混合裝置圖。
[0025]圖2a)混合裝置外觀圖。
[0026]圖中13為接頭，14為第一曲形管，15為第一直管，16為第一 U形管，17為第二曲形管，18為第二 U形管，19為第二直管，20為第三直管。
[0027]圖2b)混合裝置內(nèi)部混合葉片圖。
[0028]21為第一靜態(tài)攪拌葉片1，22為第二靜態(tài)攪拌葉片。
[0029]圖3為噴頭一圖，
[0030]圖3a)為噴頭一外形圖，
[0031]圖3b)為嗔頭一?而部局部放大圖，。
[0032]23為針頭一，24為針頭二，25為針頭三。
[0033]圖4為打印過程圖。
[0034]26為打印平臺(tái)，27為打印出的空心圓管；
[0035]圖5為3D空心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)圖。
[0036]28為3D空心網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0037]參照?qǐng)D1所示，氣動(dòng)動(dòng)力源I為系統(tǒng)提供動(dòng)力。0.2% -0.6% (m/v)的海藻酸鈉置于儲(chǔ)液罐A 11中，2%-6% (m/v)的氯化鈣置于儲(chǔ)液罐B 12中，在氣體壓力作用下，經(jīng)過送料裝置2流經(jīng)混合裝置3，完成0.2% -0.6% (m/v)的海藻酸鈉與2% -6% (m/v)的氯化鈣的充分混合。0.2%-0.6% (m/v)的海藻酸鈉與2%-6% (m/v)的氯化鈣混合物通過針頭一 (23),2% -6% (m/v)氯化鈣通過針頭二 24，在噴頭一 4端面處0.2%-0.6% (m/v)的海藻酸鈉與2%-6% (m/v)的氯化鈣混合物和2%-6% (m/v)的氯化鈣接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成空心圓管內(nèi)部結(jié)構(gòu)。2%-6% (m/v)的氯化I丐從噴霧裝置(6)噴出，與0.2%-0.6% (m/V)的海藻酸鈉與2%-6% (m/v)的氯化鈣混合物接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成空心圓管外部結(jié)構(gòu)，最終形成空心圓管。
[0038]參照?qǐng)D2所示，0.2 % -0.6 % (m/v)的海藻酸鈉與2