[发明专利]基于数控铣床的生物3D打印试验平台

说明书

技术领域

本发明涉及基于数控铣床的生物3D打印试验平台，属于生物制造领域。

背景技术

各种原因导致的组织器官缺损或功能障碍是危害人类健康的主要病因，也是导致患者死亡的主要原因之一，组织器官缺损的修复和功能重建是医学领域面临的挑战。传统治疗手段往往需要牺牲自体组织进行移植修复，容易导致供区的创伤和功能受限，是一种“以创伤修复创伤”的无奈之举，而异体组织器官移植因缺乏合适的供体而受到极大的限制。随着医学科学的发展，组织器官缺损的治疗理念已逐渐从组织移植向组织再生模式转变。组织工程学，作为再生医学的重要组成部分和组织再生的重要手段，在近二十多年来得到迅速发展。从人体获取少量自体组织，提取种子细胞并经过体外扩增后种植到支架材料上，经过体外培养形成工程化组织后再植入体内，修复相关组织缺损并恢复原有功能，这样的组织再生模式可以避免以创伤修复创伤的缺陷，有望真正实现无创或微创的组织器官再生和功能重建。

组织工程学的三要素：种子细胞，组织工程支架，生长因子。其中组织工程支架的作用非常关键，但目前的制备方法还存在以下不足。

传统制备组织工程支架的方法包括制备组织工程支架可采用很多方法。传统的方法包括纤维粘合法、溶剂浇铸法/颗粒滤粒法、熔融法、气体发泡法、相分离法、烧结微球法等。传统制备组织工程支架的方法相对比较成熟，但是利用传统方法制备的支架已不能很好的满足组织工程学对支架的要求，例如力学强度、孔隙率、孔隙之间的贯通率与微观孔形状和分布的可控性，这些性能的缺陷很大程度的影响到细胞植入支架后的生长和组织的血管化。

3D打印制造技术，如SLS、SLA、3DP、FDM等工艺虽然能够设计出宏观结构与缺损组织几乎完全相同的三维结构支架，但是这些制造工艺都是针对工业领域，且能使用的材料有限，无法满足组织工程领域对支架材料的要求，限制了这些工艺在组织工程学领域的应用。

基于以上原因，目前国内外有关组织工程支架的制造研究者都在努力搭建自己的生物3D打印试验平台，但在搭建的过程中往往会遇到精度和成本等多方面的问题。

为此，本发明这一基于数控铣床的生物3D打印试验平台，使得在制备组织工程支架方面具有无法比拟的优势，且成本低廉，易于实现。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的利用传统制备组织工程支架的方法，制备出的支架不能很好的满足组织工程学对支架的要求、利用现有的3D打印制造技术无法满足组织工程领域对支架材料的要求及目前国内外有关组织工程支架的制造研究者自己搭建的生物实验平台因精度等原因而无法满足支架特定轮廓结构要求等方面的不足，提供基于数控铣床的生物3D打印试验平台，该试验平台可以适用于多种可降解生物材料，特别还适合于热熔高分子材料，其充分利用了数控铣床的CNC系统，可以精确地走出形状比较复杂的轮廓，从而能够制备出具有特定轮廓结构要求的组织工程支架。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的基于数控铣床的生物3D打印试验平台，包括：一台数控铣床，其特征在于：还有一台活塞挤出供料装置和一个专用连接件，通过所述专用连接件把活塞挤出供料装置与数控铣床的锥柄以螺纹形式连接，从而得到一种生物3D打印试验平台，能够充分利用数控铣床的CNC系统，使活塞挤出供料装置通过数控铣床的编程精确地沿X/Y/Z三个方向走出形状复杂的路径，同时由单片机控制活塞挤出供料装置而挤出生物材料沉积在接收台上，从而实现制备出理想的组织工程支架。

所述活塞挤出供料装置包括挤出供料模块、供料控制器模块和供料检测模块，所述挤出供料模块连接供料控制器模块和供料检测模块，供料检测模块连接供料控制器模块，形成控制环路系统。

所述专用连接件，由一个内螺纹管状件和一个支撑板组成，所述内螺纹管状件的一端通过4个螺栓与支撑板的一端连接；内螺纹管状件的另一端的螺纹孔与数控机床的锥柄螺纹端旋接，支撑板的另一端与活塞挤出供料装置通过螺栓固定连接。

所述挤出供料模块由推进机构、喷头机构和加热保温机构组成，所述推进机构联接传动喷头机构，加热保温机构对喷头机构进行包裹保温。