本發(fā)明涉及組織工程和3D打印技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熔融電紡射流激發(fā)穩(wěn)定性改善裝置。
背景技術(shù)：
自組織工程的概念被提出后，隨著靜電紡絲的理論不斷地被完善豐富，紡絲技術(shù)不斷地得到改進(jìn)，生物學(xué)家越發(fā)地堅(jiān)定未來的器官組織移植的源少排斥反應(yīng)大等難題將會(huì)由人造的無毒無排斥反應(yīng)的組織器官解決。
組織工程的原理為：從機(jī)體獲取少量的活體組織，用特殊的酶或其他方法將細(xì)胞(又稱種子細(xì)胞)從組織中分離出來在體外進(jìn)行培養(yǎng)擴(kuò)增，然后將擴(kuò)增的細(xì)胞與具有良好生物相容性、可降解性和可吸收的生物材料(支架)按一定的比例混合，使細(xì)胞黏附在生物材料(支架)上形成細(xì)胞-材料復(fù)合物。將該復(fù)合物植入機(jī)體的組織或器官病損部位，隨著生物材料在體內(nèi)逐漸被降解和吸收，植入的細(xì)胞在體內(nèi)不斷增殖并分泌細(xì)胞外基質(zhì)，最終形成相應(yīng)的組織或器官，從而達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的。
生物材料支架所形成的三維結(jié)構(gòu)不但為細(xì)胞獲取營養(yǎng)、生長和代謝提供了一個(gè)良好的環(huán)境。組織工程學(xué)的發(fā)展提供了一種組織再生的技術(shù)手段，將改變外科傳統(tǒng)的“以創(chuàng)傷修復(fù)創(chuàng)傷”的治療模式，邁入無創(chuàng)傷修復(fù)的新階段。所謂的組織工程的三要素或四要素，主要包括種子細(xì)胞、生物材料、細(xì)胞與生物材料的整合以及植入物與體內(nèi)微環(huán)境的整合。
支架在組織工程中有著至關(guān)重要的作用，需具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1)具有較高的孔隙率和內(nèi)部連通的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以為細(xì)胞的黏附提供支撐點(diǎn)，并便于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的運(yùn)輸；(2)具有良好的生物相容性、可控的降解性和可吸收性，可加工為三維結(jié)構(gòu)；(3)具有適當(dāng)?shù)谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)，以利于細(xì)胞的黏附、增殖、分化；(4)可根據(jù)不同組織的要求，調(diào)控合適的力學(xué)性能。
目前，常用的組織工程細(xì)胞支架制備工藝組要分為致孔法和冷凍干燥技術(shù)和靜電紡絲工藝三大類。前兩種均為通過平面培養(yǎng)組織細(xì)胞，具有較高的培養(yǎng)失敗率與不可以移植性。而傳統(tǒng)的溶液電紡制備的生物支架存在著有毒溶劑殘留和回收成本高等問題限制了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
近年來，熔融電紡被看作最理想的生物支架制作方法，原因在于其無毒性以及理論上纖維的直徑的可控性。然而，現(xiàn)有技術(shù)中的熔融電紡裝置，由于其熔融材料在射流針頭中通過電加熱方式實(shí)現(xiàn)熔融，電熱的影響容易造成射流針頭末端處的熔融材料產(chǎn)生電荷擾動(dòng)，射流激發(fā)過程中存在鞭動(dòng)現(xiàn)象，射流落點(diǎn)不穩(wěn)定，導(dǎo)致打印偏差較大，成品質(zhì)量較低。
因此，如何克服熔融材料在射流針頭末端的電荷擾動(dòng)，避免射流激發(fā)過程發(fā)生鞭動(dòng)現(xiàn)象，提高射流落點(diǎn)準(zhǔn)確度，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種熔融電紡射流激發(fā)穩(wěn)定性改善裝置，能夠克服熔融材料在射流針頭末端的電荷擾動(dòng)，避免射流激發(fā)過程發(fā)生鞭動(dòng)現(xiàn)象，提高射流落點(diǎn)準(zhǔn)確度。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種熔融電紡射流激發(fā)穩(wěn)定性改善裝置，包括用于按照預(yù)設(shè)進(jìn)給量排出熔融材料的給料針筒和用于吸引其排出的熔融材料并凝聚成泰勒錐的射流針頭，以及設(shè)置于所述射流針頭下方并按照預(yù)設(shè)路徑在水平面內(nèi)移動(dòng)的打印板；所述打印板底部設(shè)置有極性板，所述射流針頭帶有極性，且所述極性板與射流針頭的極性相反，所述打印板接地。
優(yōu)選地，所述給料針筒的出料口鄰近所述射流針頭的針尖，且兩者間距在2～4mm內(nèi)。
優(yōu)選地，還包括與所述給料針筒相連、用于對其排出的熔融材料賦予極性的電源件，且所述給料針筒排出的熔融材料與所述射流針頭的極性相反。
優(yōu)選地，所述射流針頭垂直于所述打印板的表面。
優(yōu)選地，所述射流針頭具體為鎢針頭。
優(yōu)選地，所述打印板具體為絕緣板。
優(yōu)選地，所述射流針頭的極性為負(fù)，且所述極性板的極性為正。
本發(fā)明所提供的熔融電紡射流激發(fā)穩(wěn)定性改善裝置，主要包括給料針筒、射流針頭、打印板和極性板。其中，給料針筒內(nèi)盛裝有加熱到一定溫度的熔融材料，主要用于在作業(yè)時(shí)按照預(yù)設(shè)進(jìn)給量逐漸排出熔融材料。射流針頭設(shè)置在給料針筒附近，并且射流針頭的針尖朝向給料針筒的出料口，主要用于在給料針筒排出熔融材料時(shí)，將熔融材料吸引到自身的針尖上，并在吸引一定量熔融材料之后凝聚形成泰勒錐。打印板設(shè)置在射流針頭下方，主要用于接收來自射流針頭的射流，在作業(yè)時(shí)，打印板按照預(yù)設(shè)路徑在水平面上移動(dòng)。極性板設(shè)置在打印板的底部，其自身帶有電荷，呈極性，同時(shí)射流針頭也帶有極性，并且兩者的極性相反，而打印板接地，不呈極性。如此，本發(fā)明所提供的熔融電紡射流激發(fā)穩(wěn)定性改善裝置，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，射流針頭和極性板由于均呈極性且相反，因此在兩者之間形成電場。給料針筒按照預(yù)設(shè)進(jìn)給量逐漸排出熔融材料，射流針頭將熔融材料吸引到針尖上，使得該部分熔融材料也帶上了和自身相同的極性，一定時(shí)間后在電場力的作用下，凝聚在射流針頭的針尖上的“液滴”被拉長形成泰勒錐。之后，帶有極性的熔融材料在電場力和重力的作用下形成射流，從射流針頭中噴射出，并撞擊到打印板上，射流在打印板上消除極性并成型。而打印板按照預(yù)設(shè)路徑在水平面內(nèi)移動(dòng)，如此通過FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉積成型)技術(shù)層層逐漸打印出生物支架所需結(jié)構(gòu)。期間，由于熔融材料首先在給料針筒中熔融并排出，再由射流針頭所吸引并凝聚，最后再對其賦予極性并定向噴射，避免了在射流針頭中通過電加熱方式對熔融材料進(jìn)行加熱的過程，因此消除了射流針頭末端處的熔融材料由于射流針頭進(jìn)行電加熱造成的電荷擾動(dòng)，有利于射流激發(fā)后的直徑趨向于穩(wěn)定，進(jìn)而大幅削弱了射流激發(fā)過程中的鞭動(dòng)現(xiàn)象，提高了射流落點(diǎn)的準(zhǔn)確度和生物支架的打印精度。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明所提供的一種具體實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，圖1中：
給料針筒—1，射流針頭—2，打印板—3，極性板—4，電源件—5。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種具體實(shí)施方式的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
在本發(fā)明所提供的一種具體實(shí)施方式中，熔融電紡射流激發(fā)穩(wěn)定性改善裝置主要包括給料針筒、射流針頭、打印板和極性板。
其中，給料針筒內(nèi)盛裝有加熱到一定溫度的熔融材料，主要用于在作業(yè)時(shí)按照預(yù)設(shè)進(jìn)給量逐漸排出熔融材料。一般的，該給料針筒可呈圓筒狀，并且為了方便內(nèi)部盛裝的熔融材料排出，可在筒狀結(jié)構(gòu)上設(shè)置直徑較小的管狀結(jié)構(gòu)，專用于按照預(yù)設(shè)進(jìn)給量排出熔融材料。
射流針頭設(shè)置在給料針筒附近，并且射流針頭的針尖朝向給料針筒的出料口，主要用于在給料針筒排出熔融材料時(shí)，將熔融材料吸引到自身的針尖上，對其賦予與自身相同的極性，并在吸引一定量熔融材料之后凝聚形成泰勒錐。
打印板設(shè)置在射流針頭下方，主要用于接收來自射流針頭的射流，在作業(yè)時(shí)，打印板按照預(yù)設(shè)路徑在水平面上移動(dòng)，從而使得接收的射流在其表面上形成預(yù)設(shè)的平面圖形。如此射流層層打擊在打印板上，射流中的熔融材料逐漸堆疊，并最終形成三維立體結(jié)構(gòu)。
極性板設(shè)置在打印板的底部，比如可緊貼在其底部等，極性板其自身帶有電荷，呈極性，同時(shí)射流針頭也帶有極性，并且兩者的極性相反，而打印板接地，不呈極性，比如，可將射流針頭的極性設(shè)置為負(fù)，同時(shí)將極性板的極性設(shè)置為正，具體可通過電源件等部件將其負(fù)極與射流針頭相連，同時(shí)正極與極性板相連。當(dāng)然，極性板與射流針頭的極性設(shè)置與上述剛好相反也同樣可行，均能夠使射流在電場力的作用下朝向打印板而運(yùn)動(dòng)。
如此，本發(fā)明所提供的熔融電紡射流激發(fā)穩(wěn)定性改善裝置，在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，射流針頭和極性板由于均呈極性且相反，因此在兩者之間形成電場。給料針筒按照預(yù)設(shè)進(jìn)給量逐漸排出熔融材料，射流針頭將熔融材料吸引到針尖上，使得該部分熔融材料也帶上了和自身相同的極性，一定時(shí)間后在電場力的作用下，凝聚在射流針頭的針尖上的“液滴”被拉長形成泰勒錐。之后，帶有極性的熔融材料在電場力和重力的作用下形成射流，從射流針頭中噴射出，并撞擊到打印板上，射流在打印板上消除極性并成型。而打印板按照預(yù)設(shè)路徑在水平面內(nèi)移動(dòng)，如此通過FDM(Fused Deposition Modeling，熔融沉積成型)技術(shù)層層逐漸打印出生物支架所需結(jié)構(gòu)。
作業(yè)期間，由于熔融材料首先在給料針筒中熔融并排出，再由射流針頭所吸引并凝聚，最后再對其賦予極性并定向噴射，避免了在射流針頭中通過電加熱方式對熔融材料進(jìn)行加熱的過程，因此消除了射流針頭末端處的熔融材料由于射流針頭進(jìn)行電加熱造成的電荷擾動(dòng)，有利于射流激發(fā)后的直徑趨向于穩(wěn)定，進(jìn)而大幅削弱了射流激發(fā)過程中的鞭動(dòng)現(xiàn)象，提高了射流落點(diǎn)的準(zhǔn)確度和生物支架的打印精度。
在關(guān)于給料針筒和射流針頭的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，給料針筒的出料口與射流針頭的針尖鄰近，并且兩者的間距范圍處于2～4mm內(nèi)，比如2、3、4mm等。如此設(shè)置，可提高射流針頭對給料針筒中排出的熔融材料的吸引力和吸引速度，同時(shí)又可避免間距過大造成的吸引力不夠?qū)е氯廴诓牧现苯拥袈涞惹闆r，或者間距過小造成的給料針筒直接與射流針頭相連導(dǎo)致無法凝聚成泰勒錐的情況。
而在關(guān)于射流針頭吸引熔融材料的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，射流針頭可通過極性吸引力實(shí)現(xiàn)對熔融材料的吸引。具體的，本實(shí)施例中增設(shè)了電源件，該電源件與給料針筒相連，但不是將給料針筒賦予極性，而是主要對給料針筒排出的熔融材料賦予極性，并且重要的是，給料針筒排出的熔融材料被賦予的極性需要與射流針頭的極性相反，比如電源件的正極可與給料針筒相連，使得熔融材料帶上正電，同時(shí)電源件的負(fù)極可與射流針頭相連，使其帶上負(fù)電等。如此，由于射流針頭的針尖與給料針筒的出料口相鄰地足夠近，而射流針頭的極性與給料針筒排出的熔融材料的極性又相反，因此從給料針筒的出料口處排出的熔融材料能夠迅速被射流針頭所吸引，并迅速聚集在射流針頭的針尖上。另外，雖然通過電源件為給料針筒排出的熔融材料賦予了極性，但是該極性是暫時(shí)性的，當(dāng)該部分熔融材料脫離給料針筒而被吸引到射流針頭上之后，其極性即表現(xiàn)為射流針頭的極性。
需要說明的是，射流針頭吸引給料針筒排出的熔融材料的方式，并不僅限于上述兩者呈不同的極性通過正負(fù)極性相吸的方式完成，還可以通過微型風(fēng)機(jī)對給料針筒的出料口進(jìn)行精確送風(fēng)以將其粘在射流針頭上的方式實(shí)現(xiàn)。
另外，為盡量避免環(huán)境因素對射流穩(wěn)定性的影響，可將射流針頭垂直設(shè)置于打印板的表面上方，如此，凝聚成泰勒錐的熔融材料在噴射過程中，由于重力比重較大，且其方向垂直于打印板，因此可利用重力盡量修正其運(yùn)動(dòng)軌跡不穩(wěn)定的影響。當(dāng)然，若極性板與射流針頭間的電場力足夠強(qiáng)大時(shí)，也可將射流針頭傾斜一定角度設(shè)置。
此外，還可將射流針頭設(shè)置為鎢針頭，如此一方面可提高射流針頭對熔融材料的耐熱性和耐腐蝕性，另一方面鎢針頭的密度較低，質(zhì)量較輕，可盡量減少自身質(zhì)量對凝聚在其針尖處的泰勒錐的阻力影響。
不僅如此，考慮到極性板設(shè)置在打印板的底部，而打印板的主要作用之一為通過接地消除射流的極性，為此，可直接將打印板設(shè)置為絕緣板。
對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。