[实用新型]一种可降解组织工程三维支架的制备设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及组织工程和微纳制造技术领域，尤其涉及一种制备可降解组织工程三维支架的静电纺丝设备。 

背景技术

人体组织损伤、缺损会导致功能障碍，传统的修复方法是自体组织移植术，虽然可以取得满意疗效，但它是以牺牲自体健康组织为代价的办法，会导致很多并发症及附加损伤；人的器官功能衰竭，采用药物治疗、暂时性替代疗法可挽救部分病人生命，但供体器官来源极为有限，因免疫排斥反应需长期使用免疫抑制剂，由此而带来的并发症有时是致命的。为解决这些问题提出组织工程，通过开发具有生物活性的人工替代物，以恢复、维持或改善组织、器官的功能。 

组织工程是生命科学领域的研究重点，其核心就是建立细胞与生物材料的三维空间复合体，即具有生命力的活体组织，用以对病损组织进行形态、结构和功能的重建并达到永久性替代。组织工程的基本原理和方法是将体外培养扩增的正常组织细胞，吸附于一种生物相容性良好并可被机体吸收的三维支架上形成复合物，将细胞-三维支架复合物植入机体组织、器官的病损部分，细胞在三维支架逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与相应器官、组织相一致的组织，从而达到修复创伤和重建功能的目的。 

三维支架是组织工程的关键要素，是细胞获取营养、气体交换、废物排泄和生长代谢的场所，是新的具有形态和功能的组织、器官的基础。其主要功能 包括以下两点：1、为体外构建工程组织或器官提供三维的细胞生长支架，使细胞间形成适宜的空间分布和细胞联系；2、提供特殊的生长和分化信号，诱导细胞的定向分化和维持细胞分化。组织工程三维支架必须具有良好的生物兼容性、良好的生物降解性、较大的孔隙率和比表面积以及足够的力学性能。经过多年的发展，已经确立不同的三维支架材料和制备方法，得到的三维支架能够基本满足组织工程的要求。 

有一些三维支架已经应用于临床之上，但现有产品依然存在问题：1、支架的力学性能较差，容易发生变形或者断裂；2、支架的降解周期为定值，只适用于组织工程特定的领域；3、所得到三维支架的孔隙率难以控制，随机性较大。 

静电纺丝设备主要由四部分组成：液体供给装置、喷射装置、高压电源、接收装置。随着各国对静电纺丝技术研究的深入，目前静电纺丝设备种类繁多，根据液体供给装置、喷射装置、高压装置和接收装置的不同，可以将静电纺丝装置分为多种类型。接收装置对三维支架的形成起着关键作用，根据接收装置的不同，静电纺丝设备可以分为平板式、碟状式、转鼓式、笼状式、辅助电极式等，应用较多的是转鼓式和平板式。不同类型接收装置可以获得不同结构三维支架，但都面临同样的问题：1、静电纺丝过程受到诸多因素的影响，存在极大的不稳定性；2、静电纺丝过程未能实现自动化和可视化；3、所制备三维支架结构单一，在组织工程应用方面存在一定局限性。 

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种具有改良结构的静电纺丝设备用以制备组织工程三维支架，以克服上述缺陷。 

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种用于制备可降解组织工程三维支架的静电纺丝设备，以及基于该设备制备可降解组织工程三维支架的方法，制备得到具有较高孔隙率、良好力学性能和生物相容性、降解速率可控、能够悬浮于液面的组织工程三维支架。 

近年来，控制技术、微电子技术和精密仪器技术的快速发展为解决当前静电纺丝设备面临的问题提供了技术支持。本实用新型基于静电纺丝原理设计的静电纺丝设备，集先进控制技术、微电子技术和精密仪器技术于一体，实现了自动化、可视化操作。利用该设备可以实现稳定的静电纺丝过程，从而解决现有设备存在的问题，制备直径为微米、纳米尺度的纤维，进而得到组织工程三维支架。 

具体的，为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案： 

本实用新型的静电纺丝设备主要包括高压电源、计算机、设有微量供液泵的精密供液系统、金属喷射头、X-Y精密载物平台、接收板、CMOS摄像机和显微镜载物台，所述高压电源的外控接口通过设于计算机内部的数据采集卡与计算机通讯接口相连接；所述精密供液系统通过通讯接口与计算机相连，外接有输流管，所述输流管末端接有金属喷射头，微量供液泵、输流管以及金属喷射头形成单向通路；所述X-Y精密载物平台、CMOS摄像机分别与计算机通过通讯接口相连接；所述接收板固定于X-Y精密载物平台上，并与高压电源负极相连接，所述高压电源正极与金属喷射头相连接，所述显微镜载物台安装于X-Y精密载物平台上，并设有生物显微镜。 

优选的，所述的高压电源提供电压开启、关闭以及幅值大小可控的0～10KV直流电压。