[发明专利]用于生物组织制造的自动填料和清洗喷头及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物组织制造的自动填料和清洗喷头及其控制方法，用于细胞和生物材料打印，属于组织工程技术和生物3D打印领域。

背景技术

对于受损大块软组织及内脏器官的治疗，人体组织器官移植是一种极为有效的治疗方法。但是由于器官供体来源短缺、免疫排斥等问题存在，器官移植治疗在实际运用中存在难以克服的困难。而组织工程的提出为解决上述问题开辟了新的途径。组织工程是将活细胞通过某种方法附合在生物材料基质或者制备的支架上，来构建功能组织替代物。然后将构建的组织替代物进行培养以后植入患者体内，替换原有病变组织器官来恢复原有的身体机能实现对疾病治疗。目前组织工程皮肤的研究和运用就组织工程良好发展前景的有效例证。

传统组织工程研究一直受限于细胞植入技术，即“将细胞植入到支架上”这一组织工程固有技术环节中，无法将不同种类的细胞和生物材料精确定位到支架内部不同空间位置。实际上，随着组织工程研究的推进，研究工作逐步向大块软组织及内脏器官方面延生，由于这些组织和器官往往含有多种细胞和生物材料，而不同细胞或材料又具有特定的空间排布，因此上述技术局限性更加凸显。

近几年来，3D打印技术的迅猛发展，为工业制造开辟了新的制造生产模式。在生物领域内，生物打印、细胞三维受控组织等技术也应用而生。这些技术具有操作单个细胞或单成分微小尺寸液滴的能力，可以精确控制操作对象的空间位置和分布，对于实现大块组织和器官构建过程中不同种细胞和生物材料的空间位置沉积有着巨大的意义。因此，开发生物打印技术是未来组织工程研究的必然趋势。而在一个典型的生物打印机中，关键结构之一就是成形喷头装置。

为了满足大块软组织和内脏器官的多种细胞和材料的构建要求，提高打印效率，目前打印喷头填料过程需采用人工干预或半自动化，清洗时要将料筒等部件打开或取出进行清洗工作，在安装回去，操作费时费力，也需要每次对喷头进行位置及精度的校核调整，同时打印的生物材料单一或多组喷头并行实现多种生物材料打印，结构复杂，且容易造成相互之间的干扰。为解决这种问题，发明一种自动填料和清洗生物3D打印喷头及其控制方法，实现自动化控制操作，通过功能扩展，实现多种材料的打印，即可避免人工干预造成的每次都要进行的精度校核和复杂的填料和清洗维护工作，同时简化其结构，提高工作效率和控制灵活性。

发明内容

本发明的目的是要解决喷头填料和清洗的困难，避免人工干预操作的复杂性和对喷头位置精度调整校核的影响，提供用于生物组织制造的自动填料和清洗喷头及其控制方法。

本发明的技术方案如下：

一种用于生物组织制造的自动填料和清洗喷头包括电机、联轴器、螺杆、料筒旋盖、活塞体、料筒、单向阀、喷头、单向控制阀组和电磁换向阀；所述电机固定在机架，通过联轴器与螺杆相连接用以传递驱动力；所述料筒安装在机架上；所述料筒旋盖通过螺纹连接安装在料筒的上部；所述活塞体上部与螺杆连接，活塞体下部安装在料筒内部；所述单向阀安装在料筒的下部；所述喷头安装在单向阀下面；所述单向控制阀组由第一单向阀、第二单向阀和第三单向阀组成，均安装在机架上，第二单向阀的开启方向与第一单向阀和第三单向阀相反；所述单向控制阀组一端通过软管分别与电磁换向阀的三个阀口连接，另一端通过软管与料筒的三个通孔接头连接。

所述活塞体包括O型圈b、活塞、螺杆座；所述活塞和螺杆座通过焊接或铸造的方式组成合件；所述活塞与料筒同轴安装并可沿料筒内壁上下滑动；所述O型圈b套在活塞的凹槽内，在活塞与料筒之间形成密封；所述螺杆座与螺杆通过螺纹连接，螺杆在电机带动下旋转可以推动螺杆座上下运动，从而带动整个活塞体在料筒内部上下滑动。

所述单向阀包括单向阀阀体、阀芯、阀芯弹簧座、弹簧、O型圈a； 所述阀芯安装在单向阀阀体内，并且下部与阀芯弹簧座的中间孔配合，同轴安装，可上下滑动；所述阀芯弹簧座安装在单向阀阀体内部；所述弹簧套在阀芯上，弹簧的上下端面分别受到阀芯和阀芯弹簧座的限制；所述O型圈a安装在阀芯的凹槽内；所述喷头通过螺纹形式与单向阀阀体连接，方便拆卸。

所述阀芯弹簧座通过螺纹连接旋入到单向阀阀体内，通过调整旋入深度可以控制弹簧的压缩量。

所述料筒下部至少开设3个通孔接头；所述电磁换向阀和单向控制阀组组成生物材料和清洗液输送阀组，生物材料和清洗液输送阀组数量至少有一组。

所述用于生物组织制造的自动填料和清洗喷头的控制方法是：

打印前将生物材料和清洗液装填好；

喷头需要清洗时：