本發(fā)明屬于3D生物打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型柔性3D生物打印同軸噴頭及其制作使用方法。

背景技術(shù)：

隨著3D打印技術(shù)的興起，利用海藻酸鈉、殼聚糖等可快速反應(yīng)交聯(lián)固化的水凝膠作為藥物與細胞的載體材料，以直寫的方式直接成形一定的幾何形狀，在組織工程、制藥及臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。利用此方法制備人工血管和血管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已成為組織工程和生物制造領(lǐng)域的研究和應(yīng)用熱點。

磁性薄膜材料是指厚度在1微米以下的強磁性（鐵磁性和亞鐵磁性）材料?；谌嵝砸r底的磁性薄膜與器件是柔性電子器件的一個重要分支，由于其可彎曲，可應(yīng)用在非平面表面上，相對于傳統(tǒng)剛性襯底的磁性薄膜與器件，具有柔韌性、高效、低成本以及很多其它不同的性質(zhì)，研究基于柔性襯底的磁電薄膜與器件的磁性及輸運性質(zhì)得到越來越多的關(guān)注。更為關(guān)鍵的是其具備磁致收縮效應(yīng)，所謂磁致伸縮效應(yīng)是鐵磁材料在外磁場中被磁化時，其長度和體積發(fā)生變化的現(xiàn)象，公元1859年，Wiedemann 發(fā)現(xiàn)鐵磁性材料同時受到軸向磁場和周向磁場作用時，會引起材料沿軸向產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為威德曼效應(yīng)。威德曼效應(yīng)廣泛應(yīng)用于位移傳感器，這也為內(nèi)芯為柔性磁性材料的同軸噴頭的扭曲閉合創(chuàng)造了條件。

通常情況下交聯(lián)式水凝膠中空纖維的制備是利用同軸射流模式保障內(nèi)外流體的連續(xù)性，使得交聯(lián)劑由內(nèi)而外地對交聯(lián)基液進行交聯(lián)，并最終形成中空纖維基本原理，傳統(tǒng)同軸擠出噴頭采用內(nèi)外針頭模式，存在易堵塞、同軸度不高、較難清洗等問題，其中最主要問題為同軸度不高及易堵塞，這在試驗過程中影響了中空纖維的形成，大大增加了試驗時間及浪費材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種新型柔性3D生物打印同軸噴頭及其制作使用方法，該裝置添加可產(chǎn)生軸向電磁場的環(huán)形電磁鐵及可產(chǎn)生周向的條狀電磁鐵；其利用流體的自定心性能達到同軸度要求，且由于內(nèi)芯為材料停止通液時，電磁鐵通電內(nèi)柔性的芯磁性材料由于同時受周向及軸向電磁場產(chǎn)生威德曼效應(yīng)，發(fā)生軸向扭轉(zhuǎn)變形封閉內(nèi)芯，防止芯液交聯(lián)預(yù)防阻塞。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種新型柔性3D生物打印同軸噴頭，包括三通管、醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭、醫(yī)用塑料外針頭、柔性鐵磁性薄膜管、條形電磁鐵和筒形電磁鐵；三通管包括沿垂直方向設(shè)置的主管和沿水平方向設(shè)置的支管，支管的左端與主管右側(cè)連接，主管內(nèi)部沿垂直方向開設(shè)有上下通透的豎向通道，支管內(nèi)部設(shè)置有水平通道，水平通道左端口與豎向通道中部連通；

主管下端同軸向連接有外徑小于主管的連接管，醫(yī)用塑料外針頭上部內(nèi)壁過渡配合套在連接管上，筒形電磁鐵上部內(nèi)壁過渡配合套在主管下部，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭插設(shè)在豎向通道內(nèi)，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭外壁與豎向通道內(nèi)壁之間形成環(huán)形通道，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭的下端伸入到醫(yī)用塑料外針頭內(nèi)部，柔性鐵磁性薄膜管上部套在醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭下端并與醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭膠粘連接，柔性鐵磁性薄膜管下端高于醫(yī)用塑料外針頭下端，筒形電磁鐵下端低于醫(yī)用塑料外針頭下端，筒形電磁鐵、豎向通道、醫(yī)用塑料外針頭、醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭和柔性鐵磁性薄膜管具有同一條中心線；

主管上部左側(cè)設(shè)置有連接塊，條形電磁鐵上部通過螺栓螺母連接件固定設(shè)置在連接塊左側(cè)，條形電磁鐵與所述的中心線平行。

主管內(nèi)壁設(shè)置有位于水平通道上方的限位環(huán)，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭插設(shè)在限位環(huán)內(nèi)，限位環(huán)的內(nèi)徑與，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭的下部外徑相等。

條形電磁鐵上設(shè)置有兩個第一接線柱，筒形電磁鐵上設(shè)置有兩個第二接線柱。

一種新型柔性3D生物打印同軸噴頭的制作使用方法，包括以下步驟，

（1）、制備外徑為0.7mm、長度為38mm的圓柱形模具；

（2）、在模具外圓表面卷曲吸附直接購買的150μm厚的熱收縮聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底，利用直流磁控濺射法沉積 100 nm厚的 Fe₈₁Ga₁₉薄膜，對模具稍加降溫后小心去除模具，得到內(nèi)徑為0.7mm的柔性鐵磁薄膜管；

（3）、將醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭自上而下插入到豎向通道內(nèi)并伸出連接管下端，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭由限位環(huán)軸向及中心定位，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭的上部與豎向通道上端內(nèi)壁膠粘連接；

（4）、將柔性鐵磁性薄膜管膠粘到至內(nèi)針頭醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭下端；

（5）、安裝醫(yī)用17G 1/2英寸醫(yī)用塑料外針頭至連接管外部，在安裝過程中需注意避免觸碰到柔性鐵磁性薄膜管；

（6）、將筒形電磁鐵安裝到主管下部，將條形電磁鐵安裝到連接塊左側(cè)；

（7）、制備交聯(lián)劑和交聯(lián)基液并分別用針筒盛裝；

（8）、盛裝有交聯(lián)劑的針筒與醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭的上端連接，盛裝有交聯(lián)基液的針筒通過相應(yīng)皮管與支管右端連接，然后再噴頭整體安裝到3D生物打印機上；

（9）、啟動3D生物打印機，交聯(lián)劑由醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭向下經(jīng)柔性鐵磁性薄膜管擠出，交聯(lián)基液由水平通道進入、再經(jīng)環(huán)形通道向下擠出，柔性鐵磁性薄膜管內(nèi)部的交聯(lián)劑先流動，在醫(yī)用塑料外針頭內(nèi)部的柔性鐵磁性薄膜管下端開始交聯(lián)，交聯(lián)劑由內(nèi)而外地對交聯(lián)基液進行交聯(lián)，并最終由醫(yī)用塑料外針頭下端口噴出形成中空纖維；

（10）、打印結(jié)束后，關(guān)閉3D生物打印機，同時接通筒形電磁鐵和條形電磁鐵，柔性鐵磁性薄膜管同時受到軸向磁場和周向磁場作用，引起柔性鐵磁性薄膜管沿軸向產(chǎn)生扭曲閉合，從而防止芯部殘余交聯(lián)劑與交聯(lián)基液的交聯(lián)。

步驟（7）中交聯(lián)基液的制備具體為：用藥勺、電子秤及燒杯稱取4g海藻酸鈉粉末，溶解于100ml去離子水中，在磁力攪拌器攪拌1至2小時，靜至12小時得到質(zhì)量分數(shù)為4%的海藻酸鈉溶液；

步驟（7）中交聯(lián)劑的制備具體為：）用藥勺、電子秤及燒杯稱取3g氯化鈣粉末，溶解于100ml去離子水中，在磁力攪拌器攪拌1至2小時，靜至12小時得到質(zhì)量分數(shù)為3%的氯化鈣溶液。

步驟（7）中交聯(lián)基液的制備具體為：先分別制備質(zhì)量分數(shù)為3%的羧甲基殼聚糖溶液和海藻酸鈉溶液，然后將相等質(zhì)量的羧甲基殼聚糖溶液和海藻酸鈉溶液在50℃熱水浴的條件下充分混合；

步驟（7）中交聯(lián)劑的制備具體為：）用藥勺、電子秤及燒杯稱取0.5g京尼平粉末，溶解于100ml去離子水中，在磁力攪拌器攪拌1至2小時，靜至12小時得到質(zhì)量分數(shù)為0.5%的京尼平水溶液。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

1、利用流體間相互作用產(chǎn)生自定心的原理，交聯(lián)劑由柔性鐵磁性薄膜管向下擠出，可確保柔性鐵磁性薄膜管的中心線與醫(yī)用塑料外針頭的中心線始終保持重合，彌補現(xiàn)有由于針頭本身加工帶來的同軸度不高問題。

2、利用鐵磁薄膜材料磁致收縮效應(yīng)及威德曼效應(yīng)，當柔性鐵磁性薄膜管內(nèi)部液體暫停供給時，控制醫(yī)用塑料外針頭外加筒形電磁鐵及外懸掛條形電磁鐵通電，使得柔性鐵磁性薄膜管發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，進而使柔性鐵磁性薄膜管封口，防止醫(yī)用塑料外針頭內(nèi)的外部溶液對柔性鐵磁性薄膜管內(nèi)部的殘留溶液交聯(lián)，進而防止噴頭堵塞。

3、本發(fā)明中除柔性鐵磁性薄膜管及三通管需單獨制備外，其他結(jié)構(gòu)件均為標準件，可節(jié)省成本以及安裝時間，其中三通管的限位環(huán)、主管、支管、連接管和連接塊采用一體制成。

附圖說明

圖1是本發(fā)明在筒形電磁鐵和條形電磁鐵均未通電時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明在筒形電磁鐵和條形電磁鐵均通電時的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的一種新型柔性3D生物打印同軸噴頭，包括三通管、醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1、醫(yī)用塑料外針頭2、柔性鐵磁性薄膜管3、條形電磁鐵4和筒形電磁鐵5；三通管包括沿垂直方向設(shè)置的主管6和沿水平方向設(shè)置的支管7，支管7的左端與主管6右側(cè)連接，主管6內(nèi)部沿垂直方向開設(shè)有上下通透的豎向通道8，支管7內(nèi)部設(shè)置有水平通道9，水平通道9左端口與豎向通道8中部連通。

主管6下端同軸向連接有外徑小于主管6的連接管10，醫(yī)用塑料外針頭2上部內(nèi)壁過渡配合套在連接管10上，筒形電磁鐵5上部內(nèi)壁過渡配合套在主管6下部，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1插設(shè)在豎向通道8內(nèi)，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1外壁與豎向通道8內(nèi)壁之間形成環(huán)形通道11，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1的下端伸入到醫(yī)用塑料外針頭2內(nèi)部，柔性鐵磁性薄膜管3上部套在醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1下端并與醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1膠粘連接，柔性鐵磁性薄膜管3下端高于醫(yī)用塑料外針頭2下端，筒形電磁鐵5下端低于醫(yī)用塑料外針頭2下端，筒形電磁鐵5、豎向通道8、醫(yī)用塑料外針頭2、醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1和柔性鐵磁性薄膜管3具有同一條中心線；

主管6上部左側(cè)設(shè)置有連接塊12，條形電磁鐵4上部通過螺栓螺母連接件13固定設(shè)置在連接塊12左側(cè)，條形電磁鐵4與所述的中心線平行。

主管6內(nèi)壁設(shè)置有位于水平通道9上方的限位環(huán)14，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1插設(shè)在限位環(huán)14內(nèi)，限位環(huán)14的內(nèi)徑與，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1的下部外徑相等。

條形電磁鐵4上設(shè)置有兩個第一接線柱15，筒形電磁鐵5上設(shè)置有兩個第二接線柱16。

一種新型柔性3D生物打印同軸噴頭的制作使用方法，包括以下步驟，

（1）、制備外徑為0.7mm、長度為38mm的圓柱形模具；

（2）、在模具外圓表面卷曲吸附直接購買的150μm厚的熱收縮聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底，利用直流磁控濺射法沉積 100 nm厚的 Fe₈₁Ga₁₉薄膜，對模具稍加降溫后小心去除模具，得到內(nèi)徑為0.7mm的柔性鐵磁薄膜管；

（3）、將醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1自上而下插入到豎向通道8內(nèi)并伸出連接管10下端，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1由限位環(huán)14軸向及中心定位，醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1的上部與豎向通道8上端內(nèi)壁膠粘連接；

（4）、將柔性鐵磁性薄膜管3膠粘到至內(nèi)針頭醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1下端；

（5）、安裝醫(yī)用17G 1/2英寸醫(yī)用塑料外針頭2至連接管10外部，在安裝過程中需注意避免觸碰到柔性鐵磁性薄膜管3；

（6）、將筒形電磁鐵5安裝到主管6下部，將條形電磁鐵4安裝到連接塊12左側(cè)；

（7）、制備交聯(lián)劑和交聯(lián)基液并分別用針筒盛裝；

（8）、盛裝有交聯(lián)劑的針筒與醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1的上端連接，盛裝有交聯(lián)基液的針筒通過相應(yīng)皮管與支管7右端連接，然后再噴頭整體安裝到3D生物打印機上；

（9）、啟動3D生物打印機，交聯(lián)劑由醫(yī)用不銹鋼內(nèi)針頭1向下經(jīng)柔性鐵磁性薄膜管3擠出，交聯(lián)基液由水平通道9進入、再經(jīng)環(huán)形通道11向下擠出，柔性鐵磁性薄膜管3內(nèi)部的交聯(lián)劑先流動，在醫(yī)用塑料外針頭2內(nèi)部的柔性鐵磁性薄膜管3下端開始交聯(lián)，交聯(lián)劑由內(nèi)而外地對交聯(lián)基液進行交聯(lián)，并最終由醫(yī)用塑料外針頭2下端口噴出形成中空纖維；

（10）、打印結(jié)束后，關(guān)閉3D生物打印機，同時接通筒形電磁鐵5和條形電磁鐵4，柔性鐵磁性薄膜管3同時受到軸向磁場和周向磁場作用，引起柔性鐵磁性薄膜管3沿軸向產(chǎn)生扭曲閉合，如圖2所示，附圖標記17為圓筒形電磁鐵5產(chǎn)生的磁感線，18為條形電磁鐵4產(chǎn)生的周向磁感線，從而防止芯部殘余交聯(lián)劑與交聯(lián)基液的交聯(lián)。

其中制備交聯(lián)劑和交聯(lián)基液可采用下面兩種具體實施方式：

方式一：步驟（7）中交聯(lián)基液的制備具體為：用藥勺、電子秤及燒杯稱取4g海藻酸鈉粉末，溶解于100ml去離子水中，在磁力攪拌器攪拌1至2小時，靜至12小時得到質(zhì)量分數(shù)為4%的海藻酸鈉溶液；

步驟（7）中交聯(lián)劑的制備具體為：）用藥勺、電子秤及燒杯稱取3g氯化鈣粉末，溶解于100ml去離子水中，在磁力攪拌器攪拌1至2小時，靜至12小時得到質(zhì)量分數(shù)為3%的氯化鈣溶液。

方式二：步驟（7）中交聯(lián)基液的制備具體為：先分別制備質(zhì)量分數(shù)為3%的羧甲基殼聚糖溶液和海藻酸鈉溶液，然后將相等質(zhì)量的羧甲基殼聚糖溶液和海藻酸鈉溶液在50℃熱水浴的條件下充分混合；

步驟（7）中交聯(lián)劑的制備具體為：）用藥勺、電子秤及燒杯稱取0.5g京尼平粉末，溶解于100ml去離子水中，在磁力攪拌器攪拌1至2小時，靜至12小時得到質(zhì)量分數(shù)為0.5%的京尼平水溶液。

本實施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。