低压湿法3D打印装置及其使用方法、使用其制备的组织修复高分子支架制造方法及图纸

本发明专利技术属于3D打印及医用高分子材料技术领域，具体涉及一种低压湿法3D打印装置及其使用方法、使用其制备的组织修复高分子支架。所述低压湿法3D打印装置由上至下依次包括进料部、溶质析出部和支撑平台。所述的装置使用原料溶液进行打印，适用于高温环境易降解以及熔融状态粘度过大的高分子原材料的低压湿法常温打印成型，使用该装置可制备一种组织修复高分子支架，所制得的组织修复高分子支架结构精确可控，可由多种高分子材料连续一体化打印制备，在组织修复领域有重要应用前景。制备过程便快捷，对环境及设备要求较宽松，无需密闭控温的打印装置以及冷冻干燥的后处理步骤，节能环保。环保。环保。

【技术实现步骤摘要】
低压湿法3D打印装置及其使用方法、使用其制备的组织修复高分子支架


[0001]本专利技术属于3D打印及医用高分子材料
，具体涉及一种低压湿法3D 打印装置及其使用方法、使用其制备的组织修复高分子支架。

技术介绍

[0002]在生物医学材料与组织修复研究领域，常以由生物材料制备的多孔支架植入到组织缺损处，以诱导和促进组织的生长与修复。支架自身具有一定的力学性能，可为组织重建过程提供支撑，同时其内部相互连通的多孔结构有利于环境中的营养交换和组织的长入。随着组织缺损处周围的细胞和组织不断长入支架内部，以及多孔支架不断降解，从而重建出新的与自身形态和功能相适应的组织和器官，以达到组织修复的目的。
[0003]制备组织修复支架的方法目前已经有较为丰富的报道，例如纤维纺织技术、粒子滤除技术、气体发泡技术和3D打印技术等。其中，3D打印技术以其精准和个性化的特征，在生物医学领域得到了广泛关注。3D打印技术目前发展出了多种形式：熔融沉积成型、光固化成型、激光烧结成型、挤出式成型等等。
[0004]挤出式3D打印成型一般可分为气压推动式和螺杆推动式，可打印熔融状态的材料。然而，部分高分子材料，如PLGA，在高温环境中易发生降解；另外，市面上常见的气压式挤出装置难以推动熔体粘度过大的高分子材料进行打印。
[0005]因此，对于这类材料，寻找一种合适的打印装置，以期在打印过程中既可以保留原材料高分子的优良性能，又可以简化打印过程、易于操作，就成为了本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的第一个目的是针对现有部分高分子材料在高温环境中易发生降解；及，市面上常见的气压式挤出装置难以推动熔体粘度过大的高分子材料进行打印的问题，提供一种低压湿法3D打印装置。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种低压湿法3D打印装置，由上至下依次包括进料部、溶质析出部和支撑平台，所述进料部包括可在XYZ三轴上运动的机械臂(1)和设置于机械臂(1) 前端的一个或多个气压式打印喷头(2)；且，所述溶质析出部包括盛有高分子材料沉淀剂的容器(3)、控制沉淀剂浓度的自动进液装置(4)和自动出液装置(5)；且，所述支撑平台包括水平打印平台(6)，所述容器(3)固定安装于水平打印平台(6)。
[0009]基于传统气压挤出式3D打印装置，本专利技术提出一种湿法3D打印装置，通过设置盛有高分子材料沉淀剂的容器以及配套的进出液装置，实现高分子材料的常温或低温打印，解决了部分高分子在高温打印状态下易发生降解的问题，保留住了原材料的优良性能。
[0010]并且，考虑到传统气压式挤出装置推动力较小，难以推动熔体粘度过大的高分子
材料的问题，本专利技术首先将熔体粘度过大的高分子材料配制为低粘度高分子溶液，再通过盛有高分子材料沉淀剂的容器以及配套的进出液装置，无需密闭控温的打印设备以及冷冻干燥的后处理步骤，实现了高分子量材料的气压式挤出3D打印。
[0011]进一步的，所述容器(3)内壁有指示刻度线，左右两侧通过开孔分别连接进液管(301)和出液管(302)；所述进液管(301)的另一端与自动进液装置 (4)连接，所述出液管(302)的另一端与自动出液装置(5)连接；所述自动进液装置(4)和自动出液装置(5)内设置有沉淀剂流速控制器。
[0012]考虑到实际使用过程中高分子材料溶液的溶剂会稀释容器(3)中的沉淀剂，本专利技术设置具备沉淀剂流速控制能力的自动进液装置(4)和自动出液装置(5)，以保持容器(3)中的沉淀剂始终处于合适的浓度区间，进而保证3D打印的高分子支架材料性能稳定。
[0013]同样的，考虑到实际使用中高分子材料溶液、沉淀剂和制备环境可能存在温差，本专利技术提供的自动进液装置(4)和自动出液装置(5)内还设置有温度传感器和温度控制器，以控制沉淀剂液体温度。
[0014]更进一步的，所述容器(3)的容器壁为内外双层结构，内层为透明玻璃，外层的左、右、后侧为厚度1～3cm的聚氨酯泡沫板材，外层前侧为透明玻璃。
[0015]值得说明的是，聚氨酯泡沫板材具有一定保温能力，可以保持容器(3)内高分子材料沉淀剂的温度。而透明玻璃的设置则便于在打印过程中随时进行观察。
[0016]进一步的，所述气压式打印喷头(2)的上部设置有连接原料针筒的气体管道接头(201)，且所述气压式打印喷头(2)的挤出气压为0.1
‑
0.5MPa。
[0017]本专利技术的第二个目的是提供一种如上低压湿法3D打印装置的使用方法。
[0018]一种低压湿法3D打印装置的使用方法，包括步骤为：
[0019]I、根据打印方案选择溶剂，将高分子材料配置为溶液装入原料针筒，通过气体管道接头(201)装配于气压式打印喷头(2)中；
[0020]II、设置打印气压、喷头移动速度和路线；
[0021]III、设置自动进液装置(4)和出液装置(5)的液体流速，并向容器(3) 内注入沉淀剂至指示刻度线附近后，启动装置，使用一个或依次使用多个打印喷头开始打印；
[0022]IV、打印完毕，关闭自动进液装置(4)和自动出液装置(5)，取出容器 (3)内的支架，真空干燥去除沉淀剂，制备完成。
[0023]进一步的，所述步骤III中的沉淀剂与步骤I中高分子材料溶液的溶剂良好互溶，且为高分子材料的不良溶剂。
[0024]更进一步的，所述沉淀剂包括水、乙醇、乙醚、异丙醇、乙酸、四氢呋喃、二甲基亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺、石油醚中的一种或多种的组合。
[0025]本专利技术提出的第三个目的在于提供一种使用如上所述低压湿法3D打印装置制备的组织修复高分子支架。
[0026]一种组织修复高分子支架，支架的表面及内部有大量微纳米级别的小孔洞结构。
[0027]值得说明的是，在打印过程中，溶质析出装置内原料溶液中溶剂向沉淀剂扩散，沉淀剂则向梁内部扩散，从而在支架的表面以及内部形成大量微纳米级别的小孔洞结构。并且，基于如上所述低压湿法3D打印装置中自动进液装置(4) 和自动出液装置(5)的设计，本专利技术的组织修复高分子支架是由一种或多种高分子材料连续一体化制备而成的。
[0028]进一步的，支架的基质材料包括高分子材料，所述高分子材料包括聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯、聚己二酸、聚原酸酯、聚酸酐、壳聚糖、透明质酸盐、明胶、琼脂、胶原、海藻酸钠、丝素蛋白中的一种或多种的组合。
[0029]更进一步的，支架的基质材料还包括无机物，所述无机物包括氧化钛，氧化铝，氧化钙，氧化钠，氧化硅，磷酸钙系列、硫酸钙、碳酸钙、低温各向同性碳中的一种或多种的组合。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0031]1)便于打印高温易降解材料和熔体粘度大的高分子材料。
[0032]2)进出液装置可控制沉淀剂浓度，适用于高分子支架的一体化连续打印，无需间歇换液。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低压湿法3D打印装置，由上至下依次包括进料部、溶质析出部和支撑平台，其特征在于，所述进料部包括可在XYZ三轴上运动的机械臂(1)和设置于机械臂(1)前端的一个或多个气压式打印喷头(2)；且，所述溶质析出部包括盛有高分子材料沉淀剂的容器(3)、控制沉淀剂浓度的自动进液装置(4)和自动出液装置(5)；且，所述支撑平台包括水平打印平台(6)，所述容器(3)固定安装于水平打印平台(6)。2.根据权利要求1所述的低压湿法3D打印装置，其特征在于，所述容器(3)内壁有指示刻度线，左右两侧通过开孔分别连接进液管(301)和出液管(302)；所述进液管(301)的另一端与自动进液装置(4)连接，所述出液管(302)的另一端与自动出液装置(5)连接；所述自动进液装置(4)和自动出液装置(5)内设置有沉淀剂流速控制器。3.根据权利要求2所述的低压湿法3D打印装置，其特征在于，所述容器(3)的容器壁为内外双层结构，内层为透明玻璃，外层的左、右、后侧为厚度1～3cm的聚氨酯泡沫板材，外层前侧为透明玻璃。4.根据权利要求1所述的低压湿法3D打印装置，其特征在于，所述气压式打印喷头(2)的上部设置有连接原料针筒的气体管道接头(201)，且所述气压式打印喷头(2)的挤出气压为0.1
‑
0.5MPa。5.如权利要求1～4任一所述的低压湿法3D打印装置的使用方法，其特征在于，包括步骤为：I、根据打印方案选择溶剂，将高分子材料配置为溶液装入原料针筒，通过气体管道接头(201)装配于气压...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建东，俞小叶，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：