[发明专利]多层复合结构毛细喷孔及其制造方法

说明书

本发明公开一种多层复合结构毛细喷孔及其制造方法，所述毛细喷孔是由引流部件、独立悬空部件和用于支撑所述独立悬空部件的梁桥部件组合而成的多层复合结构，所述梁桥部件位于所述引流部件和所述独立悬空部件之间，形成悬臂梁结构。不同于一般异形纤维的制造，微米级人造血管的制造属中空管中的高端制造，在指标性能参数不变的前提下，随着尺度的递减，加工手段在不停的锐减，制造的难度却以指数上升，因此外径为100μm以下的人造微血管的制造是技术难题，本发明首次将微注模技术和原位叠层制造技术用于人造微血管的毛细喷孔的制造，独创了具有三层悬空中空成型腔体毛细喷孔结构，以确保人造微血管管壁的均匀与无缝衔接。

技术领域

本发明涉及一种微细加工领域的毛细喷孔，具体地说，涉及的是一种多层复合结构毛细喷孔及其制造方法，可以用于生物、医药、3D打印和纺织机械等领域。

背景技术

随着微细加工和纳米科学与技术的发展，在航空航天、电子、光导纤维以及办公自动化设备、图像显示器、医疗器械、液压元件等工业领域中，对微米级中空管异形截面纤维(除圆以外)的需求越来越多，比如人造微血管就是一个实例，微血管是人体的末梢血管，外形尺寸极为细小，管壁性能要求极高。人造微血管属于植入式医疗器械，因此从材料到制造的要求都非常高，在材料方面其要求生物兼容性好且需高模高强，在制造方面其对管壁的厚度的均匀性、一致性，管壁的光滑性也有很高的要求，但100μm以下的人造微血管制造要求不会因制造尺寸减小而降低，因此随着人造血管尺度的减小其制造难度将不断的上升，完整无缝的微米级喷孔制造更是一个难题，所以目前对直径小于100微米的人造微血管研究较少，但随着医药领域和微纳米技术的迅猛发展，医学领域从微血管的架桥手术到人造器官自身复制的研究，对人造微血管的需求越来越多，特别是人造器官的自身复制，如果没有微血管对细胞进行供养和带走代谢物，培养出来的器官只能说是一堆器官组织，无法成为具备系统生理功能、真正可使用的人体器官，但这些真正可供使用的人造微血管至今难以寻觅。诸如此类超细但特种异形纤维的实用案例不胜枚举，但是现有设备、现有加工手段加工精度和加工方法的限制，均无法制备相关产品。

从毛细喷孔的结构而言，由于普通加工手段的限制，现有的毛细喷孔只能加工两层结构，线宽最细一般也只能达到70μm左右，换言之毛细喷孔的圆环的外圆直径最小为140μm，更不要说整体结构小于100μm且需要加工导孔结构等结构了。

现在通常用喷制中空管的常用技术有：1)发泡剂法；2)定位吹气法；3)再处理法；4)插入柱式喷头法；5)插入管式喷头法；6)异形喷丝板法。其中异形喷丝板法是由特殊形状的小孔和缝隙组成喷丝孔，在实际喷丝中由于线宽小、精度高、出丝品质好常被定为首选。但这些方法均只能制备500μm以上的中空管，传统喷口设计就是将具有不连续的直线或曲线狭缝设计组合起来形成特殊形状(如图1)的喷丝孔，使得从这些组合狭缝中挤出的高聚物熔体在固化前发生巴拉斯胀大效应而粘连在一起，熔体经冷却固化后便获得内部包有空腔的中空纤维，因此，传统喷丝板的设计包括其形状和结构尺寸两方面，从形状而言窄缝是关键，随着外形尺寸和线宽的减小窄缝也随之减小、变窄，当两窄缝尖端距离缩小到一定尺度时连接结构将无法承受高压熔体挤出时的兆帕级的高压而脱落，最终导致喷丝板损坏。再从中空管本身而言，上述方法制备的中空管，管道粘连闭合处往往是整体结构最不稳定的地方。

再看加工的线宽，以加工精度最高的电火花异性毛细喷孔为例，用最极致的加工参数说明：银电极极致线宽为50微米，放电间隙以瑞士进口的电火花加工设备最小的放电间隙为标准，单边放电间隙为10微米，即：50+10+10＝70微米，这还只是单边的线宽，如果用70微米宽的边围成一个圆环，其外圆直径至少大于140微米，不难看出，现有的常规技术无法制备100μm以下的中空管。

发明内容

本发明提供一种多层复合结构毛细喷孔及其制造方法，针对现有100μm以下的中空管制造的技术难题，首次将微注模技术和原位叠层制造技术用于人造微血管的毛细喷孔的制造，独创了具有三层悬空中空成型腔体毛细喷孔结构(以下简称悬空结构)，以确保人造微血管管壁的均匀与无缝衔接。