一种多工艺复合的原位生物3D打印设备及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种多工艺复合的原位生物3D打印设备及其使用方法，包括材料成型系统、进给系统和控制器，进给系统将材料输送到材料成型系统的静电纺丝成型模块，在控制器的高压静电模块的作用下形成静电纺丝薄膜，使得静电纺丝工艺实现；进给系统将材料输送至材料成型系统的挤出转印成型模块，在挤出力与喷头的共同作用下形成有结构的水凝胶挤出层，使得挤出转印工艺实现。本发明专利技术将生物3D打印技术的转印技术、静电纺丝以及挤出成型技术相结合，具有结构简单可靠、制作成本低、工艺可控性好和自动化程度高等优点，生物材料可均匀的作用在创面上，实现静电纺丝薄膜的原位制备，根据创面的具体需求可以实现静电纺丝技术与挤出成型工艺的复合。工艺的复合。工艺的复合。

【技术实现步骤摘要】
一种多工艺复合的原位生物3D打印设备及其使用方法


[0001]本专利技术涉及生物3D打印
，更具体的说是涉及一种多工艺复合的原位生物3D打印设备及其使用方法。

技术介绍

[0002]烧伤是一种常见的，却具毁灭性的伤害，会导致疼痛、残疾甚至死亡，目前烧伤治疗和皮肤缺陷的矫正仍然是一个挑战。
[0003]目前的治疗方法主要依赖于自体皮肤的移植以及工程皮肤替代品或替代组织，然而在面临大面积烧伤创面的时候，留下的健康皮肤数量不足，无法在严重受伤的情况下使用，此时工程皮肤替代品就体现了它独特的优势。
[0004]目前工程替代皮肤在制备方式中依赖患者来源的自体细胞或供体来源的同种异体细胞的不同细胞方法已被提议作为替代治疗方法，一种方式是通过使用长期组织培养技术在体外形成基于细胞的组织构建体，虽然这种方法提供了来自患者细胞的机械处理和可移植的组织构建体，但这些片材需要4.5
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8周的细胞培养才能产生烧伤治疗所需的相关数量，同时需要将众多小型的片材均匀的分布在大面积的创面上有一定的难度；另一种方式是通过3D打印技术，在创面烧伤存在极大的优势，增量制造技术是基于离散/堆积成形的原理，把三维模型变成一系列二维层片，再根据每个层片的轮廓信息进行工艺规划，选择合适的加工参数，自动生成数控代码，最后由成形机接受控制指令制造一系列层片并自动将它们联接起来，可以精确的复制出与生物体同样形状的形体。
[0005]其中生物3D打印作为一种快速发展的新技术，可以准确实现多材料和多尺度制造，能够优化具有复杂成分和结构的仿生材料的制造，挤出成型作为生物3D打印的技术的一种，是应用最为广泛的生物打印方法，将挤出成型的形态先在转印设备上形成相应形态之后，结合材料粘附力等原理将材料转印到创面上的工艺，可以打印黏度较高的生物材料，该方法利用气压或者机械驱动的喷头将生物墨水可控的挤出，微纤维从喷头处被挤出，沉积到成形平台上形成二维结构，随着喷头或者成形平台z方向上的运动，二维结构层层堆积形成三维结构；而静电纺丝技术是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。基于该技术制备的创面敷料，因其独特的性能(高孔隙率、半透性、良好的机械性能等)在创面应急与修复领域备受关注。
[0006]但是，目前挤出成型及静电纺丝技术大多是应用大型的三轴平台中，当在户外环境中发生烧伤等创面的时候无法实现现场的生物3D打印，现在也有一些科研人员研发了便携的挤出式生物3D打印设备，但是都存在材料的堆积成型不均匀，无法实现图案化等缺点。
[0007]因此，提供一种便携易用且满足成型要求的多工艺复合的原位生物3D打印设备及其使用方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种多工艺复合的原位生物3D打印设备及其使用方法，便携易用、结合多种工艺，能够满足较高的成型要求，并且可以原位进行创面治疗，使其能够发挥生物3D打印技术在多种材料多结构以及梯度的快速精准成形方面的技术优势，应用于创面应急救治及治疗修复等工作。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种多工艺复合的原位生物3D打印设备，包括:
[0011]材料成型系统，所述材料成型系统包括第一支撑架、静电纺丝成型模块和挤出转印成型模块，所述静电纺丝成型模块安装在所述第一支撑架前端的平衡支架上，所述挤出转印成型模块安装在所述第一支撑架上，且沿着传送方向倾斜向下布置；
[0012]进给系统，所述进给系统包括第二支撑架、第一注射器、第二注射器、第一丝杠机构和第二丝杠机构，所述第二支撑架与所述第一支撑架卡接；所述第一注射器和所述第二注射器并排放置固定在所述第二支撑架上，所述第一丝杠机构和所述第二丝杠机构相对称固定在所述第二支撑架上；所述第一丝杠机构将所述第一注射器内的生物材料挤出，并通过第一传输软管传送至所述挤出转印成型模块上；所述第二丝杠机构将所述第二注射器内的生物材料挤出，并通过第二传输软管传送至所述静电纺丝成型模块内；
[0013]控制器，所述控制器分别与所述挤出转印成型模块、所述第一丝杠机构和所述第二丝杠机构电性连接。
[0014]通过采取以上方案，本专利技术的有益效果是：
[0015]将生物3D打印技术的转印技术、静电纺丝以及挤出成型技术相结合，具有结构简单可靠、制作成本低、工艺可控性好，自动化程度高等优点，生物材料可均匀可控的作用在创面上，实现静电纺丝薄膜的原位制备，根据创面的具体需求可以实现静电纺丝技术与挤出成型工艺的复合。
[0016]进一步的，所述静电纺丝成型模块包括平衡块、静电纺丝金属喷头和配重块，所述平衡块转动安装在所述平衡支架上；所述静电纺丝金属喷头安装在所述平衡块前端，所述静电纺丝金属喷头通过所述第二传输软管与所述第二注射器的出口连接相通，所述静电纺丝金属喷头通过静电纺丝电源连接线与所述控制器的高压静电模块电性连接；所述配重块固定在所述平衡块尾端顶部，所述静电纺丝金属喷头与所述配重块形成重力平衡，使所述静电纺丝金属喷头垂直于创面。
[0017]采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，静电纺丝电源连接线将静电纺丝金属喷头与高压静电模块相连接，使得生物材料在静电纺丝金属喷头聚集足够能量的电荷，促使静电纺丝工艺的形成，并且在配重块的作用下，静电纺丝金属喷头始终垂直指向创面，保证了静电纺丝的质量。
[0018]进一步的，所述挤出转印成型模块包括滚轮传送机构和传送盒组件，所述滚轮传送机构安装在所述第一支撑架上，所述滚轮传送机构与所述控制器电性连接；位于所述滚轮传送机构上方的所述传送盒组件安装在所述第一支撑架的两个对称支撑板上，且沿着传送方向倾斜向下布置，所述传送盒组件通过所述第一传输软管与所述第一注射器的出口连接相通。
[0019]采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，结合了挤出成型和转印工艺的相
关特点，在挤出力与喷头的共同作用之下形成水凝胶挤出层，通过挤出生物墨水形成连续纤维来搭建结构。
[0020]进一步的，所述滚轮传送机构包括第一步进电机、主动滚轮、从动滚轮和转印带，所述第一步进电机安装在所述第一支撑架的侧面与所述控制器电性连接；所述主动滚轮转动安装在所述第一支撑架的空腔内，且所述主动滚轮一端与所述第一步进电机的输出轴连接；所述从动滚轮转动安装在所述第一支撑架的空腔尾端；所述主动滚轮与所述从动滚轮通过所述转印带传动连接。
[0021]采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，控制器对第一步进电机的转速进行控制，第一步进电机与主动滚轮相连接，主动滚轮与从动滚轮通过转印带传动连接，使得转印速度可控，同时从动滚轮将转印带上的生物材料均匀的转印在生物创面上。
[0022]进一步的，所述传送盒组件包括盒体和喷头，所述盒体内部具有沿着传送方向贯穿的材料通道；所述盒体沿着传送方向倾斜向下固定在两个所述支撑板上，所述材料通道的底部对准所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多工艺复合的原位生物3D打印设备，其特征在于，包括:材料成型系统，所述材料成型系统包括第一支撑架、静电纺丝成型模块和挤出转印成型模块，所述静电纺丝成型模块安装在所述第一支撑架前端的平衡支架上，所述挤出转印成型模块安装在所述第一支撑架上，且沿着传送方向倾斜向下布置；进给系统，所述进给系统包括第二支撑架、第一注射器、第二注射器、第一丝杠机构和第二丝杠机构，所述第二支撑架与所述第一支撑架卡接；所述第一注射器和所述第二注射器并排放置固定在所述第二支撑架上，所述第一丝杠机构和所述第二丝杠机构相对称固定在所述第二支撑架上；所述第一丝杠机构将所述第一注射器内的生物材料挤出，并通过第一传输软管传送至所述挤出转印成型模块上；所述第二丝杠机构将所述第二注射器内的生物材料挤出，并通过第二传输软管传送至所述静电纺丝成型模块内；控制器，所述控制器分别与所述挤出转印成型模块、所述第一丝杠机构和所述第二丝杠机构电性连接。2.根据权利要求1所述的一种多工艺复合的原位生物3D打印设备，其特征在于，所述静电纺丝成型模块包括平衡块、静电纺丝金属喷头和配重块，所述平衡块转动安装在所述平衡支架上；所述静电纺丝金属喷头安装在所述平衡块前端，所述静电纺丝金属喷头通过所述第二传输软管与所述第二注射器的出口连接相通，所述静电纺丝金属喷头通过静电纺丝电源连接线与所述控制器的高压静电模块电性连接；所述配重块固定在所述平衡块尾端顶部，所述静电纺丝金属喷头与所述配重块形成重力平衡，使所述静电纺丝金属喷头垂直于创面。3.根据权利要求1所述的一种多工艺复合的原位生物3D打印设备，其特征在于，所述挤出转印成型模块包括滚轮传送机构和传送盒组件，所述滚轮传送机构安装在所述第一支撑架上，所述滚轮传送机构与所述控制器电性连接；位于所述滚轮传送机构上方的所述传送盒组件安装在所述第一支撑架的两个对称支撑板上，且沿着传送方向倾斜向下布置，所述传送盒组件通过所述第一传输软管与所述第一注射器的出口连接相通。4.根据权利要求3所述的一种多工艺复合的原位生物3D打印设备，其特征在于，所述滚轮传送机构包括第一步进电机、主动滚轮、从动滚轮和转印带，所述第一步进电机安装在所述第一支撑架的侧面与所述控制器电性连接；所述主动滚轮转动安装在所述第一支撑架的空腔内，且所述主动滚轮一端与所述第一步进电机的输出轴连接；所述从动滚轮转动安装在所述第一支撑架的空腔尾端；所述主动滚轮与所述从动滚轮通过所述转印带传动连接。5.根据权利要求4所述的一种多工艺复合的原位生物3D打印设备，其特征在于，所述传送盒组件包括盒体和喷头，所述盒体内部具有沿着传送方向贯穿的材料通道；所述盒体沿着传送方向倾斜向下...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘媛媛，简志安，张毅，陆春祥，刘华振，高闯，乔浩，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：