本發(fā)明涉及組織工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種3D打印精度控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
自組織工程的概念被提出后，隨著靜電紡絲的理論不斷地被完善豐富，紡絲技術(shù)不斷地得到改進(jìn)，生物學(xué)家越發(fā)地堅(jiān)定未來(lái)的器官組織移植的源少排斥反應(yīng)大等難題將會(huì)由人造的無(wú)毒無(wú)排斥反應(yīng)的組織器官解決。
組織工程的原理為：從機(jī)體獲取少量的活體組織，用特殊的酶或其他方法將細(xì)胞(又稱種子細(xì)胞)從組織中分離出來(lái)在體外進(jìn)行培養(yǎng)擴(kuò)增，然后將擴(kuò)增的細(xì)胞與具有良好生物相容性、可降解性和可吸收的生物材料(支架)按一定的比例混合，使細(xì)胞黏附在生物材料(支架)上形成細(xì)胞-材料復(fù)合物。將該復(fù)合物植入機(jī)體的組織或器官病損部位，隨著生物材料在體內(nèi)逐漸被降解和吸收，植入的細(xì)胞在體內(nèi)不斷增殖并分泌細(xì)胞外基質(zhì)，最終形成相應(yīng)的組織或器官，從而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。
生物材料支架所形成的三維結(jié)構(gòu)不但為細(xì)胞獲取營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)和代謝提供了一個(gè)良好的環(huán)境。組織工程學(xué)的發(fā)展提供了一種組織再生的技術(shù)手段，將改變外科傳統(tǒng)的“以創(chuàng)傷修復(fù)創(chuàng)傷”的治療模式，邁入無(wú)創(chuàng)傷修復(fù)的新階段。所謂的組織工程的三要素或四要素，主要包括種子細(xì)胞、生物材料、細(xì)胞與生物材料的整合以及植入物與體內(nèi)微環(huán)境的整合。
支架在組織工程中有著至關(guān)重要的作用，需具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)具有較高的孔隙率和內(nèi)部連通的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以為細(xì)胞的黏附提供支撐點(diǎn)，并便于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的運(yùn)輸；(2)具有良好的生物相容性、可控的降解性和可吸收性，可加工為三維結(jié)構(gòu)；(3)具有適當(dāng)?shù)谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)，以利于細(xì)胞的黏附、增殖、分化；(4)可根據(jù)不同組織的要求，調(diào)控合適的力學(xué)性能。
目前，常用的組織工程細(xì)胞支架制備工藝組要分為致孔法和冷凍干燥技術(shù)和靜電紡絲工藝三大類。前兩種均為通過(guò)平面培養(yǎng)組織細(xì)胞，具有較高的培養(yǎng)失敗率與不可以移植性。而傳統(tǒng)的溶液電紡制備的生物支架存在著有毒溶劑殘留和回收成本高等問(wèn)題限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
近年來(lái)，熔融電紡被看作最理想的生物支架制作方法，原因在于其無(wú)毒性以及理論上纖維的直徑的可控性。然而，靜電紡絲在打印生物支架時(shí)，生物支架要求結(jié)構(gòu)精細(xì)度較高，靜電紡絲受電流或電壓等因素的影響較大，容易造成打印精確度較低的問(wèn)題。
因此，如何提高生物支架打印精確度，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種3D打印精度控制系統(tǒng)，能夠提高生物支架打印精確度。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種3D打印精度控制系統(tǒng)，包括用于盛裝熔融材料并產(chǎn)生射流的注射泵、接收所述注射泵產(chǎn)生的射流的打印板、用于在所述注射泵和打印板之間形成電場(chǎng)的電源件，以及設(shè)置在所述打印板上、用于檢測(cè)紡絲電流值的電流計(jì)，和與所述電流計(jì)信號(hào)連接、用于根據(jù)其檢測(cè)值控制所述電源件輸出電壓的控制器。
優(yōu)選地，還包括用于檢測(cè)環(huán)境溫度和環(huán)境濕度的溫濕度傳感器，且所述溫濕度傳感器與所述控制器信號(hào)連接，以使其修正對(duì)所述電源件的輸出電壓控制值。
優(yōu)選地，還包括與所述注射泵保持相對(duì)靜止、用于獲取所述注射泵的噴嘴處的射流形態(tài)變化的圖像采集器。
優(yōu)選地，所述圖像采集器具體為攝像機(jī)。
優(yōu)選地，還包括與所述圖像采集器信號(hào)連接、用于放大顯示其所采集到的圖像的顯示器。
優(yōu)選地，所述電源件內(nèi)設(shè)置有用于根據(jù)所述控制器的控制信號(hào)調(diào)節(jié)輸出電壓檔位的電位器。
本發(fā)明所提供的3D打印精度控制系統(tǒng)，主要包括注射泵、打印板、電源件、電流計(jì)和控制器。其中，注射泵主要用于盛裝熔融材料，并且在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生帶電的射流。打印板一般設(shè)置在注射泵的下方，主要用于接收注射泵產(chǎn)生的射流，以便射流在其表面成型。電源件同時(shí)與注射泵和打印板相連，主要用于同時(shí)對(duì)注射泵和打印板賦予相反的極性，從而在注射泵和打印板之間形成定向電場(chǎng)，使得注射泵上形成的帶電射流受到電場(chǎng)力而產(chǎn)生定向移動(dòng)。電流計(jì)設(shè)置在打印板上，主要用于將射流引入檢測(cè)電路，從而檢測(cè)射流在激發(fā)狀態(tài)(即在電場(chǎng)中定向移動(dòng)時(shí))下的電流值，即靜電紡絲電流值?？刂破髋c電流計(jì)信號(hào)連接，主要用于根據(jù)電流計(jì)的檢測(cè)值控制電源件的輸出電壓，從而通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓的方式調(diào)節(jié)靜電紡絲電流，使得靜電紡絲電流處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。一般的，注射泵和打印板之間的電壓與靜電紡絲的電流呈正相關(guān)，即只需控制電源件的輸出電壓大小，即可同步調(diào)節(jié)靜電紡絲的電流大小。如此，本發(fā)明所提供的3D打印精度控制系統(tǒng)，通過(guò)電流計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)靜電紡絲的電流值，并將其反饋給控制器，通過(guò)控制器控制電源件的輸出電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)靜電紡絲電流值的目的，使得靜電紡絲電流值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，并且整體形成閉環(huán)控制，控制精度進(jìn)一步提高。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠提高生物支架打印精確度。
附圖說(shuō)明
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明所提供的一種具體實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，圖1中：
注射泵—1，打印板—2，電源件—3，電流計(jì)—4，控制器—5，溫濕度傳感器—6，圖像采集器—7，顯示器—8，電位器—9。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種具體實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
在本發(fā)明所提供的一種具體實(shí)施方式中，3D打印精度控制系統(tǒng)主要包括注射泵1、打印板2、電源件3、電流計(jì)4和控制器5。
其中，注射泵1主要用于盛裝熔融材料，并且在作業(yè)時(shí)產(chǎn)生帶電的射流。打印板2一般設(shè)置在注射泵1的下方，主要用于接收注射泵1產(chǎn)生的射流，以便射流在其表面成型。一般的，注射泵1可垂直于打印板2設(shè)置。
電源件3同時(shí)與注射泵1和打印板2相連，主要用于同時(shí)對(duì)注射泵1和打印板2賦予相反的極性，從而在注射泵1和打印板2之間形成定向電場(chǎng)，使得注射泵1上形成的帶電射流受到電場(chǎng)力而產(chǎn)生定向移動(dòng)。
電流計(jì)4設(shè)置在打印板2上，主要用于將射流引入檢測(cè)電路，從而檢測(cè)射流在激發(fā)狀態(tài)(即在電場(chǎng)中定向移動(dòng)時(shí))下的電流值，即靜電紡絲電流值。具體的，電流計(jì)4可以鑲嵌在打印板2的表面上，以便順利引入紡絲電流?？刂破?與電流計(jì)4信號(hào)連接，主要用于根據(jù)電流計(jì)4的檢測(cè)值控制電源件3的輸出電壓，從而通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓的方式調(diào)節(jié)靜電紡絲電流，使得靜電紡絲電流處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)。一般的，注射泵1和打印板2之間的電壓與靜電紡絲的電流呈正相關(guān)，即只需控制電源件3的輸出電壓大小，即可同步調(diào)節(jié)靜電紡絲的電流大小。
如此，本發(fā)明所提供的3D打印精度控制系統(tǒng)，通過(guò)電流計(jì)4實(shí)時(shí)檢測(cè)靜電紡絲的電流值，并將其反饋給控制器5，通過(guò)控制器5控制電源件3的輸出電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)靜電紡絲電流值的目的，使得靜電紡絲電流值處于預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，并且整體形成閉環(huán)控制，控制精度進(jìn)一步提高。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠提高生物支架打印精確度。
另外，考慮到靜電紡絲在打印板2上成型時(shí)，受環(huán)境因素影響也較大，為此，本實(shí)施例中增設(shè)了溫濕度傳感器6。具體的，該溫濕度傳感器6主要用于檢測(cè)靜電紡絲周圍環(huán)境的溫度和濕度情況，并且溫濕度傳感器6與控制器5信號(hào)連接，以將其檢測(cè)到的溫度和濕度值發(fā)送給控制器5，以使控制器5修正對(duì)電源件3的輸出電壓控制值。當(dāng)然，對(duì)靜電紡絲造成影響的環(huán)境因素并不僅限于溫度和濕度，其余比如風(fēng)速等同樣存在影響，為此，本實(shí)施例中還可增設(shè)風(fēng)速傳感器等對(duì)應(yīng)環(huán)境因素的傳感器，同樣將其與控制器5相連，為控制器5對(duì)電源件3的輸出電壓控制值增加修正量。
不僅如此，靜電紡絲打印生物支架時(shí)，要求生物支架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)精細(xì)、誤差低，因此，靜電紡絲在激發(fā)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)形態(tài)同樣影響打印精度。針對(duì)此，本實(shí)施例中增設(shè)了圖像采集器7。該圖像采集器7與注射泵1保持相對(duì)靜止(注射泵1可能自轉(zhuǎn))，主要用于獲取注射泵1的噴嘴處的射流形態(tài)變化的圖像，比如，圖像采集器7具體可為高速攝像機(jī)、攝像頭、錄像機(jī)。在靜電紡絲打印設(shè)備運(yùn)行作業(yè)時(shí)，圖像采集器7實(shí)時(shí)跟蹤注射泵1的噴嘴，采集射流形態(tài)變化，為人工控制參數(shù)提供依據(jù)。比如射流形態(tài)變化異常時(shí)，可暫停注射泵1，修整后再次進(jìn)行作業(yè)。
進(jìn)一步的，為使技術(shù)工人及時(shí)、清楚地獲悉射流的情況，本實(shí)施例中增設(shè)了顯示器8。該顯示器8與圖像采集器7信號(hào)連接，能夠?qū)D像采集器7所采集到的射流形態(tài)變化圖像進(jìn)行放大并顯示。
在關(guān)于控制器5調(diào)節(jié)電源件3的輸出電壓的一種優(yōu)選實(shí)施例中，可在電源件3內(nèi)增設(shè)電位器9，該電位器9的作用類似滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變自身電阻值與受控元件間的電阻值的比例改變電源件3的輸出電壓。具體的，該電位器9的調(diào)節(jié)檔位與控制器5信號(hào)連接，即控制器5可通過(guò)調(diào)節(jié)電位器9的檔位來(lái)調(diào)節(jié)電源件3的輸出電壓。當(dāng)然，通過(guò)控制器5調(diào)節(jié)電源件3輸出電壓的方式并不僅限于上述電位器9檔位調(diào)節(jié)方式，其余比如通過(guò)控制器5調(diào)節(jié)變壓器匝數(shù)比等方式同樣可行。
對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。