專利名稱：固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于組織工程領(lǐng)域，特別涉及一種固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
組織工程是目前較為熱門的一門交叉學(xué)科。其三大要素是細(xì)胞、生物材料支架及生長因子。20世紀(jì)90年代中后期開始，先進(jìn)的制造技術(shù)--決速成形技術(shù)進(jìn)入支架的成形
領(lǐng)域，為解決傳統(tǒng)的支架成形技術(shù)所存在的問題提供了新的思路。美國的麻省理工學(xué)院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、密歇根大學(xué)、新加坡國立大學(xué)和國內(nèi)的清華大學(xué)都在從事這方面的研究工作。其中，有的研究者采用現(xiàn)有的快速成形工藝設(shè)備和支架材料直接成形，如新加坡國立大學(xué)D. Hutmacher的研究小組、麻省理工學(xué)院M. J. Cima的研究小組和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的骨組織工程中心。而另外一些研究者則致力于為組織工程的支架材料開發(fā)新的快速成形工藝， 以滿足支架成形的特殊要求，如清華大學(xué)的激光快速成形中心。低溫沉積制造工藝是由清華大學(xué)機(jī)械系材料加工技術(shù)研究所針對(duì)生物材料成形的特殊要求而開發(fā)的新工藝。低溫沉積制造是指將支架材料制成液態(tài)，在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)由噴頭，將溶液以絲狀擠出，在低溫成形室中堆積成形。低溫沉積制造具體的工藝過程為①用三維建模軟件建立三維模型，用分層處理軟件將模型分層，得到用于成形的坐標(biāo)代碼。②選擇實(shí)驗(yàn)的材料，按照合適的比例配制溶液，制成備用。③將材料加入到成形設(shè)備的各噴頭的噴射器中，計(jì)算機(jī)中的控制軟件根據(jù)輸入的層片文件和設(shè)定的加工參數(shù)控制各噴頭的掃描運(yùn)動(dòng)和擠壓/噴射運(yùn)動(dòng)。在低溫成形室中， 從噴頭中出來的材料迅速凝固且相互粘接在一起，堆積成形冷凍支架。④將冷凍支架放入冷凍干燥機(jī)中，進(jìn)行冷凍干燥處理，去除溶劑，得到常溫下為固態(tài)的支架。在此過程中，溶劑的升華使冷凍支架內(nèi)產(chǎn)生微孔結(jié)構(gòu)。目前清華大學(xué)機(jī)械系已經(jīng)有了相應(yīng)的單噴頭和雙噴頭的三維支架受控成形裝置， 并且對(duì)噴頭的設(shè)計(jì)和成形性能做了相關(guān)研究，設(shè)計(jì)并制作了活塞擠壓噴頭。如清華大學(xué)先進(jìn)制造快速成形實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的CLRF-2000- II型生物材料快速成形機(jī)。然而，人體中的復(fù)雜組織或器官一股都是由兩種或兩種以上不同材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，而且各個(gè)結(jié)構(gòu)間相互聯(lián)系。隨著研究的不斷深入，對(duì)非均質(zhì)多種不同材料三維結(jié)構(gòu)的成形提出了要求。而原有的單噴頭和雙噴頭無法滿足科學(xué)發(fā)展及臨床病人的要求；具有多噴頭的復(fù)雜器官三維受控成形裝置的設(shè)計(jì)和研發(fā)便成為必然。中國專利文獻(xiàn)(申請(qǐng)?zhí)?01010193223. 6)涉及一種轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，噴射裝置為轉(zhuǎn)盤式，噴頭組件排列在圓盤上，不同噴頭組件裝有不同的成形材料；所有噴頭在同一平面內(nèi)，切換噴頭時(shí)需轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，使工作噴頭與成形臺(tái)對(duì)正。但轉(zhuǎn)盤式多噴頭成形系統(tǒng)有以下不足之處①轉(zhuǎn)盤式噴射裝置對(duì)結(jié)構(gòu)要求較高，切換噴頭要求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)精確，對(duì)潤滑等條件要求很高，同時(shí)增加了步進(jìn)電機(jī)的個(gè)數(shù)，增加了成形機(jī)的成本；②對(duì)于成形多細(xì)胞生物材料支架，一股的尺寸要求在IOcm之內(nèi)，無需使用轉(zhuǎn)盤式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)中的大范圍成形空間。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用固定式多噴頭裝置與進(jìn)行三維運(yùn)動(dòng)的成形臺(tái)，具有裝置簡單可靠，制作成本低、成形室保溫效果好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)非均質(zhì)多種材料的大型器官前體三維精確成形。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下所述系統(tǒng)包括箱體、支架、噴射裝置、成形室、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、成形臺(tái)、制冷裝置以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所述的噴射裝置采用固定式多噴頭噴射裝置，該固定式多噴頭噴射裝置包括固定式噴頭支架以及至少兩個(gè)噴頭組件，固定式噴頭支架固定在隔板上，所述的噴頭組件固定布置在所述固定式噴頭支架上；所述噴頭組件的下部穿過隔板和固定式噴頭支架進(jìn)入成形室。本實(shí)用新型所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述固定式噴頭支架為四邊形或圓形，噴頭組件以并列或陣列方式均勻分布在所述固定式噴頭支架上；固定式噴頭支架采用一體式結(jié)構(gòu)，或按噴頭數(shù)量拆分為幾個(gè)部分連接為整體。本實(shí)用新型所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述成形臺(tái)與所述Z 軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固接；所述的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在成形室內(nèi)。本實(shí)用新型所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述χ軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括χ軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及X軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽和Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌與所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊固接；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述X軸運(yùn)動(dòng)滑塊固接。本實(shí)用新型所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述噴頭組件包括噴射器、控制電機(jī)、壓塊、螺桿、噴頭組件支架、加熱管和熱電偶；所述控制電機(jī)固定在所述噴頭組件支架的上部且與所述螺桿固接；所述噴頭組件支架上設(shè)有壓塊導(dǎo)槽，所述壓塊導(dǎo)槽方向?yàn)閆軸方向；所述壓塊放置在壓塊導(dǎo)槽中；所述壓塊和螺桿構(gòu)成絲杠一螺母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述加熱管與噴頭組件支架下部固接，所述噴射器放置在加熱管中。本實(shí)用新型所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述成形室內(nèi)設(shè)有紫外滅菌器件。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果①本實(shí)用新型采用以并列或陣列方式來構(gòu)造多噴頭的排列方式，通過X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制成形臺(tái)在同一平面內(nèi)平移實(shí)現(xiàn)噴頭間的自由切換，可用于非均質(zhì)多種生物材料，包括合成高分子、天然高分子和細(xì)胞/基質(zhì)材料的成形；②本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單控制方便，每個(gè)固定噴頭都有單獨(dú)的電機(jī)控制噴絲，只須通過程序控制成形臺(tái)在同一平面內(nèi)的移動(dòng)來切換噴頭；③本實(shí)用新型可以根據(jù)需要選用合適數(shù)量的噴頭，而且組織和器官前體成形的區(qū)域適合絕大多數(shù)生物組織和器官前體的成形尺寸要求；④本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了通過控制工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)使支架成形，相對(duì)于移動(dòng)整個(gè)噴頭部件來說，操作簡單了很多，增加了噴頭噴絲的穩(wěn)定性，而且可以降低運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)的功率，起到節(jié)能的作用。綜上，本實(shí)用新型所述系統(tǒng)利用固定式多噴頭噴射裝置、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)綜合實(shí)現(xiàn)了非均質(zhì)多種材料支架的成形。該系統(tǒng)利用固定式多噴頭裝置與成形臺(tái)交互成形方式，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠，節(jié)能易控制，保溫效果好等優(yōu)點(diǎn)，適用于組織工程中具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)多種組織和器官前體的精確成形。

圖1是本實(shí)用新型提供的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的實(shí)施例的主視圖(部份剖視)。圖2是本實(shí)用新型提供的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的實(shí)施例的俯視圖(未畫出箱體蓋、隔板部分、控制系統(tǒng)硬件及紫外滅菌器件)。圖3是固定式多噴頭噴射裝置的主視圖。圖如和4b是噴頭組件在固定式噴頭支架上兩種分布方式的俯視圖。圖fe和恥分別是噴頭組件的主視圖和側(cè)視圖。圖6是三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的俯視圖。圖7a和7b分別是Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及成形臺(tái)的主視圖及側(cè)視圖。在圖1至圖7中
1 一箱體，11 一上支架，12—下支架，
13 —隔板，15 —箱門，3—固定式噴頭支架，
2—連接套，
4 一噴頭組件，41 一噴頭控制電機(jī)，42—壓塊螺桿，43 —壓塊， 5—加熱管， 61—噴射器， 64 —噴頭，
7—X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 73—X軸光杠，
8—Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 83—Y軸光杠， 9一Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 93 — Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽， 10—成形臺(tái)， 22—紫外滅菌器件， 25—控制面板，
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)、工作原理和工作過程內(nèi)容。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，如圖1 圖3 所示，所述系統(tǒng)包括箱體1、支架、噴射裝置、成形室21、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、成形臺(tái)10、制冷裝置 20以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述的噴射裝置采用固定式多噴頭噴射裝置，該固定式多噴頭噴射裝置包括固定式噴頭支架3以及至少兩個(gè)噴頭組件4，所述的噴頭組件4以并列或陣列方式均勻分布在所述固定式噴頭支架3上，且通過連接套2與固定式噴頭支架3固接，通過成形臺(tái)10在同一平面的移動(dòng)，以換用不同的噴頭工作；所述箱體1被隔板13分成上下兩部分，所述固定式多噴頭噴射裝置設(shè)置在箱體1的上部，所述的成形室21設(shè)置在箱體1的下部；所述隔板13固定在箱體1上，與固定式噴頭支架3與孔洞間隙配合，保證了成形室21 的致冷密封性；所述噴頭組件4的下部穿過隔板13進(jìn)入成形室21，便于成形工作的進(jìn)行。本實(shí)用新型中，所述固定式噴頭支架3為四邊形或圓形，噴頭組件4以并列或陣列方式均勻分布在所述固定式噴頭支架3上，如圖4所示；固定式噴頭支架3采用一體式結(jié)構(gòu)，或按噴頭數(shù)量拆分為幾個(gè)部分連接為整體。本實(shí)用新型中列舉的固定式噴頭支架3為長方形，并列安裝了四個(gè)噴頭組件，如圖2 3所示。 圖5為本實(shí)用新型噴頭組件4的結(jié)構(gòu)示意圖，所述噴頭組件4包括噴射器61、控制電機(jī)41、壓塊43、螺桿42、噴頭組件支架44、加熱管5和熱電偶65 ；所述控制電機(jī)41固定在所述噴頭組件支架44的上部且與所述螺桿42固接；所述噴頭組件支架44上設(shè)有壓塊導(dǎo)槽45，所述壓塊導(dǎo)槽45方向?yàn)閆軸方向；所述壓塊43放置在壓塊導(dǎo)槽45中；所述壓塊43 和螺桿42構(gòu)成絲杠一螺母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述加熱管5與噴頭組件支架44下部固接，所述噴射器61放置在加熱管5中；噴射器61包括活塞62、噴射管63、噴頭64 ；將噴射器61放置在加熱管5中，控制電機(jī)41轉(zhuǎn)動(dòng)，使壓塊43下降，推動(dòng)活塞62向下移動(dòng)，擠壓噴射器61內(nèi)所
44 一噴頭組件支架，
62 —活塞， 65—熱電偶， 71 — X軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)， 74—X軸運(yùn)動(dòng)滑塊， 81 — Y軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)， 84—Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一， 91 一Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)， 94一Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊， 20—制冷裝置， 23—控制系統(tǒng)硬件， 沈一工作臺(tái)。
45—壓塊導(dǎo)槽，
63—噴射管，
72—X軸絲杠，
82—Y軸絲杠， 85—Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二， 92 — Z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿， 95 — Z軸運(yùn)動(dòng)螺管， 21—成形室， 24 —計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，裝的成形材料，使之?dāng)D出成形。圖6、圖7為本實(shí)用新型三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，所述三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8及Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9，所述成形臺(tái)10與所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9固接； 所述的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在成形室21內(nèi)。所述X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7包括X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及X軸運(yùn)動(dòng)滑塊74 ；所述X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌包括X軸絲杠72和X軸光杠73 ；所述Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8包括 Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌包括Y軸絲杠82和Y軸光杠83 ；Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊包括Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一 84和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85 ；所述X軸絲杠72和X軸光杠73兩端分別固接在所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一 84和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85上；X軸運(yùn)動(dòng)滑塊74套接在所述X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上；X軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)71固定在所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85上，且X軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)85的電機(jī)軸與X軸絲杠72固接；X軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)71轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，X軸運(yùn)動(dòng)滑塊74做 X軸平動(dòng)；所述Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌包括Y軸絲杠82和Y軸光杠83 ；所述Y軸絲杠82和Y軸光杠83兩端固接在所述下支架12上；所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊一 84和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊二 85分別套接在Y軸絲杠82和Y軸光杠83上；Y軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)81固定在所述下支架12上，與Y軸絲杠連接，Y軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊做Y軸方向平動(dòng)。所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9固接在所述X軸運(yùn)動(dòng)滑塊74上，包括Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽93和Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊94 ；Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)91固定在X軸運(yùn)動(dòng)滑塊上，Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)91的電機(jī)軸與Z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿92 固接；Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊94位于Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽93上且套接在Z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿92上；Z軸運(yùn)動(dòng)螺管95套接在Z軸運(yùn)動(dòng)控制螺桿92上且與所述Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊94固接；Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī) 91轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊94和Z軸運(yùn)動(dòng)螺管95 —起做Z軸方向平動(dòng)；所述成形臺(tái)10固接于所述Z軸運(yùn)動(dòng)螺管95上；所述成形臺(tái)10可以隨著X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8、Ζ軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)9 一起做X、Y、Z三維方向運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，所述控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M和控制系統(tǒng)硬件23及控制軟件。所述箱體1外部設(shè)有控制面板25?？刂栖浖杏歇?dú)立控制成形臺(tái)平移以實(shí)現(xiàn)切換噴頭的程序部分。在成形過程中通過X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)7、Υ軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)8控制成形臺(tái)10在XY平面內(nèi)根據(jù)噴頭之間的位置關(guān)系定量平移，從而實(shí)現(xiàn)噴頭之間的切換。本實(shí)用新型所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，所述成形室21 內(nèi)設(shè)有紫外滅菌器件22。結(jié)合圖1 圖7，本實(shí)施例的工作原理和工作過程，敘述如下復(fù)雜器官前體，即支架成形前，用三維建模軟件建立三維模型，用分層處理軟件將模型分層，得到用于成形的NC代碼。將層片文件和加工參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)控制軟件。選擇實(shí)驗(yàn)的材料，本實(shí)施例中用聚氨酯(PU)/四乙二醇(Tetraglycol)溶液和含一定比例細(xì)胞的明膠/纖維蛋白原混合溶液為原料，按照合適的比例配制，制成成形材料先啟動(dòng)紫外滅菌器件22，給整個(gè)箱體1滅菌。將不同成形材料加入到固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)的各噴頭組件4的噴射器61中，手動(dòng)推動(dòng)活塞62除去其中的氣泡，再將噴射器61置于加熱管5中。 在安裝噴射器61的過程中，可以先手動(dòng)旋動(dòng)壓塊螺桿42，使壓塊43上升，為安裝空出足夠的空間。使加熱管5工作并用熱電偶65監(jiān)測(cè)溫度，確保成形材料的溫度穩(wěn)定而且不會(huì)凝固。[0050]噴射器61安裝完畢后，可手動(dòng)或通過控制面板25轉(zhuǎn)動(dòng)壓塊螺桿42將壓塊43往下移，使壓塊43和噴射器61的活塞62接觸。設(shè)定固定式噴頭支架3及成形臺(tái)10的初始坐標(biāo)，開始成形前，利用控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將轉(zhuǎn)盤3和成形臺(tái)10的位置還原。關(guān)上箱門15。啟動(dòng)制冷裝置20，使成形室21溫度降到一定的實(shí)驗(yàn)值并維持基本恒定。等成形室溫度基本穩(wěn)定時(shí)，開始成形工作。由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)M中的控制軟件根據(jù)輸入的層片文件和設(shè)定的加工參數(shù)控制成形臺(tái)10的三維運(yùn)動(dòng)和噴頭組件4對(duì)不同成形材料的擠壓/噴射運(yùn)動(dòng)。在低溫(_80°C )成形室21中，從噴頭噴射器61中出來的材料迅速凝固且相互粘接在一起，堆積成形。隨著每一層的堆積完成，成形臺(tái)10在Z軸運(yùn)動(dòng)控制電機(jī)91 驅(qū)動(dòng)下下降一個(gè)特定的高度，中間要換用不同的成形材料時(shí)，通過控制軟件啟動(dòng)切換噴頭的程序，從而控制成形臺(tái)10下降一定距離，然后控制成形臺(tái)10在XY平面根據(jù)噴頭之間的位置關(guān)系定量平移來實(shí)現(xiàn)切換不同的噴頭工作，再讓成形臺(tái)10上升同等的距離，繼續(xù)受控成形。不同材料在地板上成形后，依照特定程序?qū)⒊尚闻_(tái)10移出成形加工區(qū)域，再將其取出。將成形后的結(jié)構(gòu)體放入注入含凝血酶(20IU/mL)的細(xì)胞培養(yǎng)液或磷酸緩沖液 (PBS)中將PU中的有機(jī)溶劑萃取掉，同時(shí)使纖維蛋白原聚合、細(xì)胞/明膠/纖維蛋白原材料層形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；復(fù)雜組織器官前體的制備工作完成。
權(quán)利要求1.一種固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括箱體(1)、噴射裝置、成形室(21)、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、成形臺(tái)(10)、制冷裝置00)以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述箱體被隔板分成上下兩部分，兩端固定在箱體上；所述的成形室設(shè)置在箱體的下部，噴射裝置設(shè)置在箱體的上部，所述的三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置在成形室內(nèi)，該三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)、Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(8)及Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)(9)，所述成形臺(tái)(10)與所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固接，其特征在于所述的噴射裝置采用固定式多噴頭噴射裝置，該固定式多噴頭噴射裝置包括固定式噴頭支架C3)以及至少兩個(gè)噴頭組件(4)，固定式噴頭支架C3)固定在隔板(1 上，所述的噴頭組件固定布置在所述固定式噴頭支架C3)上；所述噴頭組件 (4)的下部穿過隔板(1 和固定式噴頭支架C3)進(jìn)入成形室。
2.如權(quán)利要求1所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述固定式噴頭支架(3)為四邊形或圓形，噴頭組件以并列或陣列均勻分布在所述固定式噴頭支架C3)上；固定式噴頭支架C3)采用一體式結(jié)構(gòu)，或按噴頭數(shù)量拆分為幾個(gè)部分連接為整體。
3.如權(quán)利要求1所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌及X軸運(yùn)動(dòng)滑塊(74)；所述Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Y軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括Z軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)槽(9 和Z軸運(yùn)動(dòng)滑塊(94)； 所述X軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌與所述Y軸運(yùn)動(dòng)滑塊固接；所述Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述X軸運(yùn)動(dòng)滑塊(74) 固接。
4.如權(quán)利要求1所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述噴頭組件包括噴射器(61)、控制電機(jī)(41)、壓塊(43)、螺桿(42)、噴頭組件支架(44)、 加熱管( 和熱電偶(6 ；所述控制電機(jī)固定在所述噴頭組件支架的上部且與所述螺桿固接；所述噴頭組件支架上設(shè)有壓塊導(dǎo)槽(45)，所述壓塊導(dǎo)槽方向?yàn)閆軸方向；所述壓塊放置在壓塊導(dǎo)槽中；所述壓塊和螺桿構(gòu)成絲杠一螺母傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；所述加熱管與噴頭組件支架下部固接，所述噴射器放置在加熱管中。
5.如權(quán)利要求1所述的固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，其特征在于 所述成形室內(nèi)設(shè)有紫外滅菌器件02)。
專利摘要固定式多噴頭復(fù)雜器官前體三維受控成形系統(tǒng)，屬于組織工程技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型主要包括箱體、支架、固定式多噴頭噴射裝置、成形室、成形臺(tái)、三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、制冷裝置以及控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。固定式多噴頭噴射裝置包括固定式噴頭支架及噴頭組件，噴頭組件并列或陣列均勻分布在固定式噴頭支架上。復(fù)雜器官如肝臟、心臟、腎臟等的前體在成形時(shí)，利用低溫沉積制造工藝原理，先使成形室降溫，由控制系統(tǒng)控制成形臺(tái)三維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及固定式多噴頭噴射裝置的噴料，實(shí)現(xiàn)不同組織支架材料和細(xì)胞/基質(zhì)復(fù)合材料在成形臺(tái)上堆積成形。該裝置采用固定式多噴頭交互成形方式，能實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)多種材料的精確成形。
文檔編號(hào)A61F2/82GK202173486SQ20112025994
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者王小紅, 黃源文 申請(qǐng)人:清華大學(xué)