一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、接收装置和卷绕成环装置；供液纺丝装置包括注射器，注射器设置有针头，针头与直流高压发生器正极连接；接收装置用于接收、搭接定向纳米纤维；卷绕成环装置包括卷绕辊，用于将搭接在接收装置上的纳米纤维卷绕成纤维环。本发明专利技术还公开了采用上述装置制备椎间盘纤维环的方法。本发明专利技术装置结构简单，操作容易，可一次成型所需要的纤维环层状结构，不需要二次加工；通过卷绕辊周向旋转和水平移动控制纤维环各层纤维的平行排列方向，相邻两个层面的纤维排列方向沿轴向左右两侧反向交叉；制备的纳米纤维环的层次形貌较好，同时各层纤维的夹角基本一致，排列方向与轴向约成60°夹角。

An electrospinning device for preparing intervertebral disc annulus and a method thereof

The invention discloses an electrostatic spinning device for the preparation of a disc fiber ring, including a liquid spinning device, a receiving device and a winding loop device. The liquid spinning device includes a syringe, a syringe is provided with a needle, a needle is connected with a direct current high voltage generator, and a receiving device is used to receive and lap directional nanofibers. The winding ring forming device includes a winding roller for winding the nanofibers overlapped on the receiving device into an annulus. The invention also discloses a method for preparing intervertebral disc fibrous ring by using the device. The device is simple in structure and easy to operate. It can form a fiber ring layered structure needed once, and does not need two times of processing; the parallel arrangement direction of fibers in each layer of the fiber ring is controlled by the circumference of the winding roller and horizontal movement, and the direction of the fiber arrangement in the adjacent two layers is reversed along the left and right sides of the axis; the preparation is made. The nanofiber ring has a better morphology, and the angle between the layers is basically the same, and the alignment direction is about 60 degrees.

【技术实现步骤摘要】
一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置及其方法
本专利技术属于静电纺丝
，涉及一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置,本专利技术还涉及采用上述装置制备椎间盘纤维环的方法。
技术介绍
椎间盘是位于人体脊柱两椎体之间，由软骨板、纤维环、髓核组成的一个密封体。纤维环位于髓核四周，包含了15～25层紧密排列的环形胶原纤维板层，各层内纤维基本平行，其排列方向与纵轴在椎间盘的圆周方向形成约60°的夹角。相邻板层间的纤维排列方向沿纵轴向左、右两侧反向交替。纤维环的损伤会引起髓核凸起、突出及外流等现象，造成椎间盘退变，引起腰背部的疼痛，影响人们的生活质量。因此，治疗疾病的关键是对纤维环进行修复，但其自我修复能力非常有限。根据现有技术，修复只能够获得在生物力学上比较差的薄层纤维组织。目前主要治疗方法包括纤维环缝合技术和切除损坏的纤维环，但其均不能代偿其已丢失的纤维环组织，也不能逆转其受损的生物力学性能特性。随着医学的发展，组织工程椎间盘能够从结构和生物学功能上完全再生修复纤维环，为治疗病痛提供了一种新思路。组织工程支架椎间盘的构建主要包括纤维环、髓核及软骨终板3个部分。纤维环具有限制髓核和承担脊柱扭转载荷的作用，是构建组织工程支架椎间盘的重点。相比其他制备组织工程支架的方法而言，静电纺丝技术制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高等特点，能够较好的模拟细胞外基质，是目前制备组织工程支架的较佳方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，用以制备仿生性能更佳的椎间盘纤维环。本专利技术的另一目的是提供利用上述装置制备椎间盘纤维环的方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、接收装置和卷绕成环装置；供液纺丝装置包括注射器，注射器设置有针头，针头与直流高压发生器的正极连接；接收装置用于接收、搭接纳米纤维；卷绕成环装置包括卷绕辊，用于将搭接在接收装置上的纳米纤维卷绕成纤维环。本专利技术的特点还在于，接收装置为两片平行的竖直固定的接收板，纳米纤维搭接在两片接收板之间，卷绕辊位于两片接收板之间。卷绕辊安装于传动轴上，并做周向自转运动和跟随传动轴的水平运动。卷绕成环装置还包括传动轴支架，传动轴两端分别与传动轴支架的左右支架连接，传动轴支架与芯轴马达连接，芯轴马达驱动传动轴支架水平移动。传动轴与变频马达连接，变频马达驱动传动轴旋转，从而带动卷绕辊做周向旋转。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种制备椎间盘纤维环的方法，所采用的一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、接收装置和卷绕成环装置；供液纺丝装置包括注射器，注射器设置有针头，针头与直流高压发生器的正极连接；接收装置为两片平行的竖直固定的接收板；卷绕成环装置包括卷绕辊，卷绕辊位于两片接收板之间，用于将搭接在接收装置上的纳米纤维卷绕成纤维环；卷绕辊安装于传动轴上，并做周向自转运动和跟随传动轴的水平运动；卷绕成环装置还包括传动轴支架，传动轴两端分别与传动轴支架的左右支架连接，传动轴支架与芯轴马达连接，芯轴马达驱动传动轴支架水平移动；传动轴与变频马达连接，变频马达驱动传动轴旋转，从而带动卷绕辊做周向旋转；具体按以下步骤实施：将纺丝溶液注入注射器中，在室温和相对湿度35％～60％的环境条件下，调节针头与接收板的距离；开启直流高压发生器，调节外加电压，使得液滴和射流稳定后，开启变频马达和芯轴马达，驱动卷绕辊以一定的速度水平往复移动并同时周向旋转，最终在卷绕辊上获得纤维环。本专利技术的特点还在于，针头与两平行接收板的垂直距离为100mm～300mm。外加电压为10kV～30kV。卷绕辊的周向旋转速度为200r/min～500r/min。卷绕辊的水平移动速度为6m/min～10m/min。本专利技术的有益效果是，1.本专利技术装置结构简单，操作容易，可一次成型所需要的纤维环层状结构，不需要二次加工；2.本专利技术装置通过卷绕辊周向旋转和水平移动控制纤维环各层纤维的平行排列方向，相邻两个层面的纤维排列方向沿轴向左右两侧反向交叉；3.本专利技术装置制备的纳米纤维环的层次形貌较好，同时各层纤维的夹角基本一致，排列方向与轴向约成60°夹角。附图说明图1是本专利技术一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置的结构示意图；图2是本专利技术方法制备的椎间盘纤维环的截面示意图。图中，1.注射器，2.针头，3.直流高压发生器，4.传动轴，5.接收板，6.卷绕辊，7.变频马达，8.传动轴支架，9.接收板支架，10.底座，11.芯轴马达，12.接地线。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置,其结构如图1所示，包括供液纺丝装置、接收装置和卷绕成环装置；供液纺丝装置包括注射器1，注射器1设置有针头2，针头2与直流高压发生器3的正极连接；接收装置用于接收、搭接纳米纤维；接收装置为两片平行的竖直固定的接收板5，纳米纤维搭接在两片接收板5之间；两片接收板5固定在接收板支架9上。接收板5与接地线12连接。卷绕成环装置包括卷绕辊6，卷绕辊6位于两片接收板5之间，用于将搭接在接收装置上的纳米纤维卷绕成纤维环。卷绕辊6为聚四氟乙烯材质。卷绕辊6安装于传动轴4上，并做周向自转运动和跟随传动轴4的水平运动。卷绕成环装置还包括传动轴支架8，传动轴4两端分别与传动轴支架8的左右支架连接，传动轴支架8与芯轴马达11连接，芯轴马达11驱动传动轴支架8水平移动。接收装置位于传动轴支架8的左右支架之间。传动轴4与变频马达7连接，变频马达7驱动传动轴4旋转，从而带动卷绕辊6做周向旋转。传动轴支架8和接收板支架9安装在底座10上，底座10上设置有滑轨，传动轴支架8的右支架沿滑轨往复移动。纺丝过程中，利用平行接收板5能够形成定向平行的纳米纤维；变频马达7通过驱动传动轴4旋转而带动中间的卷绕辊6周向旋转形成纤维环；芯轴马达11驱动传动轴支架8右侧支架移动，进而带动固定其上的传动轴4水平移动，控制纤维的排列角度。通过上述装置可以获得各层面基本平行排列的纤维结构，排列方向与轴向约成60°夹角，相邻两个层面的纤维排列方向沿轴向左右两侧反向交叉。利用上述静电纺丝装置制备椎间盘纤维环的方法，具体按以下步骤实施：将纺丝液注入上述装置的注射器1中，在室温和相对湿度为35％～60％的环境条件下，调节针头2与两平行接收板5的垂直距离为100mm～300mm，开启变频马达7和芯轴马达11，待卷绕辊6和传动轴支架8运行稳定后，开启直流高压发生器3，调节外加电压为10kV～30kV，卷绕辊6的旋转转速为200r/min～500r/min，传动轴4的水平移动速度为6m/min～10m/min(即卷绕辊6的水平移动速度)，待液滴和射流稳定后，在电场力作用下纳米纤维搭接在两片平行接收板5上，两板中间的卷绕辊6通过芯轴马达11的控制以恒定速度水平移动，将与其接触的纳米纤维拖拽成一定角度，使收集的纤维与卷绕辊以一定的角度平行排列，在传动轴支架8运行一定距离后往相反的方向连续运行，从而得到在卷绕辊6相邻层纤维排列方向沿纵轴呈左右交替状的纤维环。本专利技术制备得到的纤维环截面，如图2所示，该纤维环各层内纤维基本平行，其排列方向与纵轴在纤维环的圆周方向形成一定的夹角。相邻板层间的纤维排列方向沿纵轴向左、右两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，其特征在于，包括供液纺丝装置、接收装置和卷绕成环装置；所述供液纺丝装置包括注射器(1)，注射器(1)设置有针头(2)，针头(2)与直流高压发生器(3)的正极连接；所述接收装置用于接收、搭接纳米纤维；所述卷绕成环装置包括卷绕辊(6)，用于将搭接在接收装置上的纳米纤维卷绕成纤维环。

【技术特征摘要】
1.一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，其特征在于，包括供液纺丝装置、接收装置和卷绕成环装置；所述供液纺丝装置包括注射器(1)，注射器(1)设置有针头(2)，针头(2)与直流高压发生器(3)的正极连接；所述接收装置用于接收、搭接纳米纤维；所述卷绕成环装置包括卷绕辊(6)，用于将搭接在接收装置上的纳米纤维卷绕成纤维环。2.根据权利要求1所述的一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，其特征在于，所述接收装置为两片平行的竖直固定的接收板(5)，纳米纤维搭接在两片接收板(5)之间，卷绕辊(6)位于两片接收板(5)之间。3.根据权利要求1所述的一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，其特征在于，所述卷绕辊(6)安装于传动轴(4)上，并做周向自转运动和跟随传动轴(4)的水平运动。4.根据权利要求3所述的一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，其特征在于，所述卷绕成环装置还包括传动轴支架(8)，传动轴(4)两端分别与传动轴支架(8)的左右支架连接，传动轴支架(8)与芯轴马达(11)连接，芯轴马达(11)驱动传动轴支架(8)水平移动。5.根据权利要求3所述的一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，其特征在于，所述传动轴(4)与变频马达(7)连接，变频马达(7)驱动传动轴(4)旋转，从而带动卷绕辊(6)做周向旋转。6.一种制备椎间盘纤维环的方法，其特征在于，所采用的一种制备椎间盘纤维环的静电纺丝装置，包括供液纺丝装置、接收装置和卷绕成环装置；所述供液纺丝装置包括注射器(1)，注射器(1)设置有针头(2)，针头(2)与直流高压发生器(3)的正极连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘呈坤，阳智，李博昱，吴红，毛雪，孙润军，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61