[发明专利]可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统

说明书

技术领域

本发明属于生物医学领域，特别涉及一种可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统。

背景技术

3D打印起源于上世纪八十年代，又叫做增材制造，与传统的加工方式最大的区别就是传统的加工方式是将多余材料逐步减掉而完成工件加工，例如车铣刨磨等加工方式，而3D打印则通过逐渐增加材料来形成完成的结构。近几年由于电子计算机技术的飞速发展，3D建模软件以及自动切片生成路径软件的完善，而使得3D打印技术在各个领域有了新的扩展空间。而作为增材制造在生物领域的延伸和拓展，生物打印极大的丰富了3D打印的应用范围，相比于传统的生物加工方式，生物打印能够实现个性化定制，满足不同体型差异化要求；而传统的加工方式由于是工厂批量生产，没有办法解决个体差异化问题。另一方面，生物打印可以对活细胞进行精确排列，通过多种喷头联合的多种细胞的打印，可以完整的打印出器官结构模型，这为将来进行人造器官提供了极大的可能。作为生物打印里面执行增材的最关键部分，智能挤出系统尤其重要。

目前生物打印存在以下缺陷：1、挤出系统多采用气压的模式挤出，这个对于设备的要求高，需要空压机或者气瓶，占据空间较大，尤其是气体的洁净度无法保证，容易造成细胞污染。2、活塞推动的挤出结构中，只有单一的向下推动挤出，没有办法回抽，容易拖丝，使结构打印失败。3、只能定速挤出，没有办法在打印过程中无极变速调节挤出速率，结构一旦打印失败，没有办法通过改变挤出速率进行修复，使操作繁琐。4、没有独立运行(脱机)的能力，需要和电脑相连接才能工作，脱机时无法工作，不具有和三维运动平台结合实现3D打印的能力。5、针筒的夹具不具有通用性，更换针筒规格的时候需要更换夹具，过程繁琐，增加成本。6、一般采用的是加热棒加热，容易造成局部受热过高，温度不均匀，使材料的性能不均匀，易堵塞针头，在打印细胞时容易对细胞造成损伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统，以解决现有生物打印机存在的容易造成细胞污染、容易拖丝、无法修复打印失败的结构、成本高的问题。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统，包括生物针筒、针筒固定装置以及挤出驱动装置，所述挤出驱动装置包括丝杠、驱动丝杠旋转的电机、以及电机驱动器，所述丝杠与生物针筒的轴线平行，丝杠上的滑块与生物针筒的活塞连接，所述电机驱动器包括用于在打印过程中驱动电机正转进而推动生物针筒的活塞挤出打印材料的正转控制模块、用于在打印过程中当针头经过不需要打印的地方时驱动电机反转使挤出的打印材料向针筒内回抽的反转控制模块、控制电机停转的停止控制模块、以及用于调节电机转速以调节单位时间内打印材料挤出量的速度调节模块。所述电机可以采用步进电机或者伺服电机。

在上述的可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统中，优选地，所述针筒固定装置包括挡板和板面相对的两个侧板，两个侧板通过可调节的螺杆连接，两个侧板均设置有纵向V形槽，生物针筒的筒身被夹持在两个侧板之间且部分筒身嵌于V形槽中，筒身的末端与所述挡板连接。该针筒固定装置能够固定不同规格的生物针筒，通用性好，简化了针筒更换过程，降低了成本。

在上述的可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统中，优选地，所述生物打印挤出系统还包括保温杯装置、温度传感器、循环液保温系统和上位机，所述保温杯装置包括针筒容纳腔和环绕在针筒容纳腔周围的液体循环通道，液体循环通道与循环液保温系统连接，所述温度传感器设置于所述V形槽的槽底，所述上位机与所述电机驱动器、温度传感器和循环液保温系统通讯连接。由于采用保温杯装置通过外置循环液保温系统导热，温度传输更加均匀，避免了局部过冷过热，有效克服了采用加热棒加热时温度不均匀，使材料的性能不均匀引起的易堵塞针头和在打印细胞时容易对细胞造成损伤的技术缺陷。此外，温度传感器的安装位置使得能够探测针筒表面的温度，使测温更准确。

在上述的可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统中，优选地，所述生物打印挤出系统实现挤出、回抽和暂停控制的模式包括手动、定时和通讯三种控制模式。

在上述的可以实时无级变速调节挤出量的智能生物打印挤出系统中，优选地，所述生物打印挤出系统还包括三维运动平台，三维运动平台与所述上位机通讯连接，所述生物针筒、针筒固定装置以及挤出驱动装置安装于三维运动平台上，所述上位机通过3D打印软件控制生物针筒和三维运动平台实现生物组织打印。