[发明专利]打印喷头系统和可调软质空心管支架的混合喷雾打印工艺

说明书

技术领域

本发明为机械自动化与生物技术、组织工程交叉领域，具体涉及打印喷头系统和可调软质空心管支架的混合喷雾打印工艺。

背景技术

组织工程通过模拟天然组织结构，利用细胞、支架、生长因子等三元素构建人造组织，用于受损或退化组织修复。其中，支架是空间运输和定位细胞和生长因子的关键，不仅需要具有一定的机械承载能力和含水性，而且在面向厚组织和器官的应用中，为了给大量细胞运输足够的营养、生长因子、氧气，并排出代谢废物，使细胞能生长并融合到一起，形成大规模的组织和器官，但制造并形成具有类似血管结构和血管网络的血管化是其制造难点。

海藻酸钠等水凝胶的结构与活体组织的细胞外基质的结构相似，具有良好的生物相容性、生物降解性、低毒性和免疫保护等重要性质，其内部富含的大量水可有效地为细胞提供生长条件，被广泛的应用于制备支架，但大块的水凝胶内部管型结构很难定制化完成。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种3D打印系统，不仅可以在打印水凝胶支架的同时将不同的细胞根据需求打印在指定位置，而且形成具有空心圆管结构支架(scaffold)或细胞与支架的复合体(construct)，可有效地完成仿生血管网的构建和功能。该方法可以广泛的应用于各种生物组织的构建。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种打印喷头系统，该系统包括五个功能部件：气动动力源、送料装置、混合装置、喷头和喷雾装置，气动动力源与送料装置通过气动软管连接，送料装置与混合装置连接，混合装置与喷头通过气动软管连接。

所述混合装置采用回行结构，包括接头，第一曲形管，第一直，第一U形管，第二曲形管，第二U形管，第二直管，第三直管；第一直管与第一曲形管连接，第一U形管与第一直管连接，第二直管与第一U形管连接，第二U形管与第二直管连接，第三直管与第二U形管连接，第二曲形管与第三直管连接；内部包括第一静态搅拌叶片，第二静态搅拌叶片，其中第一曲形管与接头连接。

第一直管、第二直管、第三直管中设置有第一静态搅拌叶片，第一U形管中设置有第二静态搅拌叶片。

所述的喷头包括喷头一或喷头二。

混合装置与喷头一连接或与喷头二连接。

一种可调软质空心管支架的混合喷雾打印工艺，包括以下步骤：

1)、在常温下，送料装置中的储液罐A装有溶液A、储液罐B中装有溶液B，在气动动力源提供的压力气体的作用下，溶液A与溶液B由双液点胶阀挤出；

2)、溶液A与溶液B由双液点胶阀挤出后，进入混合装置，在气动动力源提供的压力气体的作用下，溶液A与溶液B接触反应，并且经过第一静态搅拌叶片，第二静态搅拌叶片，流经整个混合装置的回行结构后，溶液A与溶液B充分混合；

3)、溶液A与溶液B经混合管充分混合后，进入喷头一或喷头二，在喷头一或喷头二出口处，形成空心或实心圆管结构；

4)、在喷头一出口处，形成空心圆管结构的同时，在喷头一中的针头二中挤入溶液C，溶液C与溶液A、溶液B的混合物在喷头一出口处接触，形成空心圆管的内部结构；

5)、溶液D从喷雾装置挤出形成的雾化溶液D，与从喷头一挤出的形成空心圆管的内部结构的混合物的表面接触反应，形成空心管的外部结构；

6)、通过上述步骤即构建一层空心圆管结构，构建下一层时同上述步骤，溶液D从喷雾装置挤出形成雾化溶液D，与步骤4)的混合物进行反应，即能够增强层与层之间的连接强度。构建的空心圆管结构为两层或多层。

从喷头二挤出的实心圆管结构与从喷雾装置挤出形成的雾化溶液D接触反应，生成实心圆管结构。

溶液A的挤出速度为0.1-1.0ml/min，溶液B的挤出速度为0.1-1.0ml/min，溶液C的挤出速度为40-70ul/sec，溶液D的挤出速度为300-700ul/sec。

溶液A是以海藻酸钠、壳聚糖为代表的天然凝胶材料，溶液B是以氯化钙或氯化钡、氢氧化钠为代表的能引发海藻酸钠、壳聚糖成胶的溶液，溶液C是以氯化钙或氯化钡、氢氧化钠为代表的能引发海藻酸钠、壳聚糖成胶的溶液，溶液D是以氯化钙或氯化钡、氢氧化钠为代表的能引发海藻酸钠、壳聚糖成胶的溶液，溶液B的浓度为0.2％-0.6％(m/v)，溶液C的浓度为2％-6％(m/v)，溶液D的浓度为2％-6％(m/v)。