生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器及方法技术

本发明专利技术公开了一种生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器及方法。本注射器包括通过激光打孔技术制作的带孔针头，半芯透明壳体和参与同轴交联反应的两种物料的供给方式。一种物料进入后旋转针头，再加入另一种物料，通过针头上的小孔渗透，两者发生接触发生交联反应，根据反应的程度，其颜色变化可以半芯透明壳体用于观察，多余的物料可以进行收集，循环利用。本发明专利技术采用活塞式注射器上原有的针头，结合同轴交联的特点，设计了半芯透明壳体结构，实现了交联反应程度和状况、凝胶中微尺度的细胞静态状况和流体流动动态影像的监测，为实验提供良好的素材，此装置操作简单，灵活性好，工艺可控性好，有效地提供了同轴交联反应和所制备的中空或实心纤维的生物相容性所需要的数据。

【技术实现步骤摘要】
生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器及方法
本专利技术涉及一种生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器及方法，用于在生物制造领域广泛使用的微尺度水凝胶支架纤维的制作过程的监测，特别是对于制备同轴中空纤维过程中材料的交联度、载细胞凝胶中细胞在静态和流体动态流动影像的监测，可用于生物制造
。
技术介绍
交联反应是两个或者更多的分子(一般为线型分子)相互键合交联成网络结构的较稳定分子(体型分子)反应。这种反应使线型或轻度支链型的大分子转变成三维网状结构。目前，在很多国内外学者研究的微流体装置中涉及到通过同轴装置来制作交联的实芯纤维或中空纤维，以获得可用于生物医学领域的组织支架等问题，这也意味着在微尺度领域，人们研究的聚集点在于从参与交联的物质的粘流态到能够用于医学上的固态支架，单根纤维并不能称为支架，在经过生物3D打印技术处理后才能形成我们所需要的血管支架。海藻酸钠为海藻酸的钠盐，具有可降解性和易于加工成膜性，属环境友好型载体材料。近几十年来，海藻酸钠在食品加工、纺织加工、生物医学与环境保护等领域中都获得了广泛应用，并显示出良好的应用前景。海藻酸钠的凝胶化过程即聚合物的交联，主要是古洛糖醛酸上的钠离子与二价阳离子交换的过程。二价阳离子有助于把分子聚集在一起，而分子聚合的本性和它们的巨额和更加固了约束的阳离子，即两者具有协同结合作用。壳聚糖、海藻酸钠等水凝胶具有良好的生物相容性和低毒性，被广泛应用于药物释放体系和组织工程领域。因为最终通过生物制造的方法制作出来的支架要运用于生物体内，所以在生物制造过程中还需要进行载细胞的工作，很多案例中都提到在壳聚糖或者海藻酸钠等水凝胶中掺入细胞，并检测了细胞在其中有较高的活性，对于载细胞成形需要在常温下进行。例如，目前有通过在常温下，壳聚糖中掺入成纤维原细胞和三聚磷酸钠进行交联，成型中空纤维，通过调节其至合适的pH值可以获得92%的细胞存活率。也有通过在海藻酸钠中载入人的成纤维原细胞与氯化钙进行同轴交联制作中空纤维的情况，细胞易于载入纤维中，同时在制作中空纤维的过程中，细胞受损程度不大，所以这种方法可以用来结合生物3D打印技术来制作神经或者肌肉纤维。根据以上例子，动态同轴交联提供了一种方法，可形成中空结构的纤维，再结合生物3D打印技术，为血管化提供了新的策略。正是因为离子交联反应应用的广泛程度，同时因为其材料和实验结果与生物医学良好的相容性，目前是生物制造领域所研究的重点，人们对其的兴趣程度也日益增加。在所研究的问题中最重要的无疑是参与交联的两种物料的交联度和在载入细胞后纤维中细胞的存活率两方面的研究，交联度是表征两种物质的交联程度，交联度的确定对确定交联纤维的直径大小等特征参数具有重要意义，而载入细胞后细胞在纤维中是否能够存活、或者说存活率的大小，这都是我们需要关心的问题，中空或者实心纤维的制作所面向的就是生物制造领域，如果所制作的组织支架不具有生物相容性，那么就不能在动物体内进行实验。所以这两方面问题的确定对于生物3D打印制作组织支架来说非常紧迫。因为所涉及的领域是微尺度领域，离子交联所涉及的并不是人们的肉眼所能看到的，目前市场上有很多微流体芯片，用来观察微流体的流动以及反应状况。如果直接的把制作出来的纤维进行沿轴向或者径向切开来观察其交联度和细胞活性，首先是对纤维的破坏，在切口地方因为切除的变形会影响交联度的观察，甚至会促进细胞的死亡，这样就不能准确的得到所需要的实时数据。但是针对利用离子交联反应来制作同轴纤维和细胞在胶体中的静态以及流体动态影像的检测，因为其微小程度和动态情况，并没有一种完全配套的观察装置来实时监测其流动情况，在实验中也无法了解其交联程度，也无法根据实际情况获得想要的实验结果。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，在基于无法观察离子交联反应状况的问题的基础上，提供一种生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器及方法，在两种物质交联过程中，能够便于观察交联过程、细胞在凝胶中的静态状况以及流体动态流动的影像检测的简易装置。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案: 一种生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器，包括医用针头、上盖板、半芯透明壳体、下盖板，其特征在于:所述针头与上盖板、半芯透明壳体和下盖板通过过盈配合形成半圆环形筒状通道；针头上有180度的刻度；上盖板经一个上橡胶垫圈与半芯透明壳体连接，半芯透明壳体经一个下橡胶垫圈通过螺钉和下盖板连接，下橡胶垫圈上也有180度的刻度；半芯透明壳体上部有一个进口，连通半圆环形筒状通道；下盖板上有一个出口 ；针头的针管面向半圆环形筒状通道的一侧上均布着小孔，使针管内腔连通半圆环形筒状通道；针头上的进口通过小孔连通半圆环形筒状通道；所述针头针筒的一面上有用于物料渗透的径向小孔，针头在配备的活塞式注射器的压力作用下物料通过针头上的小孔渗透到另外一种物料的半圆环形筒状通道中，在装入物料之前，针头没有小孔的一面需要朝半芯透明壳体外侧，这样才能完成物料在半圆环形筒状通道中的存储，若此时将小孔一面对准半芯透明壳体的内侧，则物料则会通过小孔渗透到针头中，影响后续实验；当半圆环形筒状通道装满物料后，将针头旋转180度，此时针头和上橡胶垫圈上的180度刻度重合，使针头上有孔的一面朝半芯透明壳体的内侧，然后通过针头进口装入另外一种物料，采用配备的医用活塞式注射器加入物料，此物料通过针头上的小孔与半圆环形筒状通道中的物料发生交联，此时，就可以通过半芯透明壳体观察其交联程度和细胞静态以及动态流动情况。所述针头的外形与市场上医用针头一样，通过激光打孔技术，在针头上的针管上金属部分对其进行打孔，形成均布的小孔，小孔数量越多越好；针头上的180度刻度用于旋转示意。所述半芯透明壳体的结构；其内部采用半圆环形，用来定位针头和留出半圆环形筒状通道，针头可以在半芯透明壳体中进行旋转，可观察物料的交联情况、细胞静态以及动态流动情况；半芯透明壳体采用树脂材料，通过SLA光固化技术制成。所述上下橡胶垫圈和在起到定位作用的同时，还起到密封作用，防止物料渗透出来，在上橡胶垫圈上也有与针头上相对应的180度刻度线，以示意在装入物料过程中的针头旋转。旋转针头前所加入的物料需保证一定的粘稠度，以免在旋转针头后此物料极易通过针头上的小孔渗透出去，而旋转针头后所加入的物料则不需要太大的粘稠度，以免在通过小孔渗透到存储室中时发生堵塞。一种生物3D打印用交联凝胶状态监测方法，采用所述的生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器进行操作，其具体操作步骤如下: a.在加入物料之前，首先将针头针管上的刻度对准下橡胶垫圈的刻度，以使针头针管带孔的一半朝半芯透明壳体的外侧，不带孔的一半朝内侧； b.通过半芯透明壳体上的进口加入一种物料； c.上述物料加入完毕之后，180°旋转针头，使针头针管带孔的一半朝半芯透明壳体的内侧，不带孔的一半朝外侧； d.针头旋转之后，通过针头上配备的活塞式注射器加入另一种物料，此物料通过针头上的小孔的渗透与通过半芯透明壳体上进口加入的物料进行反应，这样就可以通过半芯透明壳体对两种物料的反应程度以及细胞静态和流体动态流动进行监测。本专利技术与现有的微流体芯片技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器，包括医用针头（1）、上盖板（4）、半芯透明壳体（5）、下盖板（7），其特征在于：所述针头（1）与上盖板（4）、半芯透明壳体（5）和下盖板（7）通过过盈配合形成半圆环形筒状通道（13）；针头（1）上有180度的刻度；上盖板（3）经一个上橡胶垫圈（2）与半芯透明壳体（5）连接，半芯透明壳体（5）经一个下橡胶垫圈（6）通过螺钉和下盖板（7）连接，下橡胶垫圈（6）上也有180度的刻度；半芯透明壳体（5）上部有一个进口（9），连通半圆环形筒状通道（13）；下盖板（7）上有一个出口（10）；针头（1）上的针管面向半圆环形筒状通道（13）的一侧上均布着小孔（12），使针管内腔连通半圆环形筒状通道（13）；针头（1）上的进口（9）通过小孔（12）连通半圆环形筒状通道（13）；所述针头（1）针筒的一面上有用于物料渗透的径向小孔（12），针头（1）在配备的活塞式注射器的压力作用下物料通过针头（1）上的小孔（12）渗透到另外一种物料的半圆环形筒状通道（13）中，在装入物料之前，针头（1）没有小孔（12）的一面需要朝半芯透明壳体（5）外侧，这样才能完成物料在半圆环形筒状通道（13）中的存储，若此时将小孔（12）一面对准半芯透明壳体（5）的内侧，则物料则会通过小孔渗透到针头中，影响后续实验；当半圆环形筒状通道（13）装满物料后，将针头（1）旋转180度，此时针头（1）和上橡胶垫圈（2）上的180度刻度重合，使针头（1）上有孔（12）的一面朝半芯透明壳体（5）的内侧，然后通过针头（1）进口（8）装入另外一种物料，采用配备的医用活塞式注射器加入物料，此物料通过针头（1）上的小孔（12）与半圆环形筒状通道（13）中的物料发生交联，此时，就可以通过半芯透明壳体（5）观察其交联程度和细胞静态以及动态流动情况。...

【技术特征摘要】
1.一种生物3D打印用交联凝胶状态监测注射器，包括医用针头(I)、上盖板(4)、半芯透明壳体(5 )、下盖板(7 )，其特征在于:所述针头(I)与上盖板(4)、半芯透明壳体(5 )和下盖板(7)通过过盈配合形成半圆环形筒状通道(13);针头(I)上有180度的刻度；上盖板(3 )经一个上橡胶垫圈(2 )与半芯透明壳体(5 )连接，半芯透明壳体(5 )经一个下橡胶垫圈(6)通过螺钉和下盖板(7)连接，下橡胶垫圈(6)上也有180度的刻度；半芯透明壳体(5)上部有一个进口(9)，连通半圆环形筒状通道(13);下盖板(7)上有一个出口(10);针头(I)上的针管面向半圆环形筒状通道(13)的一侧上均布着小孔(12)，使针管内腔连通半圆环形筒状通道(13);针头(I)上的进口(9)通过小孔(12)连通半圆环形筒状通道(13);所述针头(I)针筒的一面上有用于物料渗透的径向小孔(12)，针头(I)在配备的活塞式注射器的压力作用下物料通过针头(I)上的小孔(12)渗透到另外一种物料的半圆环形筒状通道(13)中，在装入物料之前，针头(I)没有小孔(12)的一面需要朝半芯透明壳体(5)外侧，这样才能完成物料在半圆环形筒状通道(13)中的存储，若此时将小孔(12) 一面对准半芯透明壳体(5)的内侧，则物料则会通过小孔渗透到针头中，影响后续实验；当半圆环形筒状通道(13)装满物料后，将针头(I)旋转180度，此时针头(I)和上橡胶垫圈(2)上的180度刻度重合，使针头(I)上有孔(12)的一面朝半芯透明壳体(5)的内侧，然后通过针头(I)进口(8)装入另外一种物料，采用配备的医用活塞式注射器加入物料，此物料通过针头(I)上的小孔(12)与半圆环形筒状通道(13)中的物料发生交联，此时，就可以通过半芯透明壳体(5)观察其交联程度和细胞静态以及动态流动情况。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帅，李瑜，刘媛媛，张亚男，胡庆夕，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31