本實(shí)用新型屬于組織工程技術(shù)和生物3D打印技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于細(xì)胞和生物材料打印的噴頭，特別涉及一種用于制備皮膚支架的膠原/納米纖維素復(fù)合材料的氣動(dòng)擠壓作用的生物3D打印噴頭。

背景技術(shù)：

對(duì)于受損大塊軟組織及內(nèi)臟器官的治療，人體組織器官的移植是一種極為有效的治療方法。但是由于器官供體來(lái)源短缺，免疫排斥等問(wèn)題存在，器官移植治療在實(shí)際運(yùn)用中存在難以克服的困難。而組織工程的提出為上述問(wèn)題開(kāi)辟了新的途徑。組織工程是將活細(xì)胞通過(guò)某種方法附合在生物材料基質(zhì)或者備制的支架上，來(lái)構(gòu)建功能組織替代物。然后將構(gòu)建的組織體替代物進(jìn)行培養(yǎng)以后植入患者體內(nèi)，替代原有的病變組織器官來(lái)恢復(fù)原有的身體機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病的治療。目前組織工程皮膚的研究和運(yùn)用就是組織工程良好發(fā)展前景的有效例證。

傳統(tǒng)的組織工程研究一直受限于細(xì)胞植入技術(shù)，即“將細(xì)胞植入到支架上”這一組織過(guò)程中固有技術(shù)環(huán)節(jié)中，無(wú)法將不同種類(lèi)的細(xì)胞和生物質(zhì)材料精確定位到支架內(nèi)部不同的空間位置。實(shí)際上，隨著組織工程研究的推進(jìn)，研究工作漸漸向大塊軟組織及內(nèi)臟器官方面誕生，由于這些組織和器官往往含有多種細(xì)胞和生物材料，而不同細(xì)胞或者材料又具有特定的空間排布，因此上述技術(shù)局限性更加凸顯。

近幾年來(lái)，3D打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，為工業(yè)制造開(kāi)辟了新的制造生產(chǎn)模式。在生物領(lǐng)域內(nèi)，生物打印，細(xì)胞三維受控組織等技術(shù)也應(yīng)用而生。這些技術(shù)具有操作單個(gè)細(xì)胞或單成分微小尺寸液滴的能力，可以精確控制操作對(duì)象的空間位置和分布，對(duì)于實(shí)現(xiàn)大塊組織和器官構(gòu)建過(guò)程中不同種細(xì)胞和生物材料的空間位置沉積有著巨大的意義。因此，開(kāi)發(fā)生物打印技術(shù)是未來(lái)組織工程研究的必然趨勢(shì)如果能克服材料的在不同溫度環(huán)境下不破壞其生物特性。而在一個(gè)典型的生物打印機(jī)中，關(guān)鍵部件之一就是噴頭另外還有材料的備置。

浙江大學(xué)研究的面向多種材料打印的旋轉(zhuǎn)切換方式生物3D打印噴頭及其方法實(shí)現(xiàn)了多通道生物質(zhì)混合打印，對(duì)于打印過(guò)程中生物質(zhì)材料經(jīng)過(guò)單向閥和網(wǎng)式觸發(fā)器對(duì)材料的消耗比較大，特別對(duì)于膠原復(fù)合納米纖維這種生物質(zhì)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)3D打印比較困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對(duì)上述單一的生物質(zhì)材料打印支架組織使得支架的力學(xué)性能以及孔隙率都不能得到滿足，提出一種面向多種生物質(zhì)材料的3D混合打印噴頭，可保證支架具有良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特征，特別是保證了膠原蛋白/納米纖維等復(fù)合材料在溫度30℃以下材料的力學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供料，可提高生產(chǎn)與備置的效率，為以后此類(lèi)設(shè)備的設(shè)計(jì)提供了借鑒作用。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種面向多種生物質(zhì)材料的3D混合打印噴頭，包括設(shè)置在機(jī)架上的電機(jī)和氣缸以及作用在噴頭上的針頭；其特征在于：所述氣缸的活塞桿上設(shè)有上殼體，所述上殼體內(nèi)部設(shè)有左料筒和右料筒，所述上殼體外壁上設(shè)有左輸料圓孔和右輸料圓孔，所述左輸料圓孔與所述左料筒對(duì)應(yīng)相通，所述右輸料圓孔與所述右料筒對(duì)應(yīng)相通，所述電機(jī)的軸上連接設(shè)有下殼體，所述下殼體的截面呈凹字型結(jié)構(gòu)，所述下殼體的內(nèi)部開(kāi)有輸料管道，所述輸料管道上側(cè)開(kāi)有輸料口，所述輸料管道的中部設(shè)有開(kāi)關(guān)閥，所述上殼體旋轉(zhuǎn)設(shè)置在所述下殼體的腔體內(nèi)，所述針頭安裝在所述下殼體的底部并與所述輸料管道連通相接。

所述左料筒和右料筒通過(guò)螺紋安裝在上殼體的內(nèi)部。

所述左輸料圓孔與右輸料圓孔互呈180°設(shè)置。

所述下殼體通過(guò)螺紋連接安裝在電機(jī)的軸上。

所述針頭通過(guò)螺紋連接安裝在下殼體的底部。

本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型提出的一種面向多種生物質(zhì)材料的3D混合打印噴頭，結(jié)構(gòu)新穎，工作原理清晰，該打印噴頭可以備至混合的水溶液、膠體、漿料等液體物質(zhì)，可保證支架具有良好的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特征，特別保證了在溫度30℃以下膠原蛋白/納米纖維等復(fù)合材料的力學(xué)性能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供料，可提高生產(chǎn)與備置的效率，實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)復(fù)合材料的打印，解決了傳統(tǒng)的3D打印機(jī)只能打印一種材料的技術(shù)難題。

附圖說(shuō)明

圖1 為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 為本實(shí)用新型中上殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 為本實(shí)用新型中下殼體的全剖結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：電機(jī)1、氣缸2、上殼體3、左料筒3-1、右料筒3-2、左輸料圓孔3-3、右輸料圓孔3-4、下殼體4、輸料管道4-1、輸料口4-2、開(kāi)關(guān)閥4-3、針頭5。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1-3所示，一種面向多種生物質(zhì)材料的3D混合打印噴頭，包括設(shè)置在機(jī)架上的電機(jī)1和氣缸2以及作用在噴頭上的針頭5；氣缸2的活塞桿上設(shè)有上殼體3，上殼體3內(nèi)部設(shè)有左料筒3-1和右料筒3-2，上殼體3外壁上設(shè)有左輸料圓孔3-3和右輸料圓孔3-4，左輸料圓孔3-3與左料筒3-1對(duì)應(yīng)相通，右輸料圓孔3-4與右料筒3-2對(duì)應(yīng)相通，電機(jī)1的軸上連接設(shè)有下殼體4，下殼體4的截面呈凹字型結(jié)構(gòu)，下殼體4的內(nèi)部開(kāi)有輸料管道4-1，輸料管道4-1上側(cè)開(kāi)有輸料口4-2，輸料管道4-1的中部設(shè)有開(kāi)關(guān)閥4-3，上殼體3旋轉(zhuǎn)設(shè)置在下殼體4的腔體內(nèi)，針頭5安裝在下殼體4的底部并與輸料管道4-1連通相接。

如圖1-3所示，一種面向多種生物質(zhì)材料的3D混合打印噴頭，左料筒3-1和右料筒3-2通過(guò)螺紋安裝在上殼體3的內(nèi)部；左輸料圓孔3-3與右輸料圓孔3-4互呈180°設(shè)置；下殼體4通過(guò)螺紋連接安裝在電機(jī)1的軸上；針頭5通過(guò)螺紋連接安裝在下殼體4的底部。

如圖1-3所示，一種面向多種生物質(zhì)材料的3D混合打印噴頭的工作原理如下：打印AB兩種混合材料之前，首先關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥4-3，啟動(dòng)電機(jī)1，氣缸2可以拉著上殼體3上下移動(dòng)，根據(jù)需要材料決定電機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)下殼體輸料口4-2對(duì)準(zhǔn)左輸料圓孔3-3，此時(shí)右輸料圓孔3-4被下殼體內(nèi)側(cè)密封，然后通過(guò)軟管連接左料筒3-1上端接口和氣泵，使氣體擠壓左料筒3-1中的材料進(jìn)入下殼體輸料管道4-1中，然后在電機(jī)2轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使得輸料口4-2對(duì)準(zhǔn)右輸料圓孔3-4，此時(shí)左輸料圓孔3-3被下殼體內(nèi)側(cè)密封，再通過(guò)氣泵提供氣體通過(guò)軟管接入右料筒3-2的頂端擠壓料筒中的材料進(jìn)入下殼體輸料管道4-1中，最后打開(kāi)開(kāi)關(guān)閥4-3在輸料管道4-1上端接入高壓氣體將混合的生物質(zhì)復(fù)合材料擠壓在成型板上，從而實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)復(fù)合材料的打印，解決了傳統(tǒng)的3D打印機(jī)只能打印一種材料的技術(shù)難題。