本發(fā)明涉及組織工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種細(xì)胞支架制備系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用于上述細(xì)胞支架制備系統(tǒng)的方法。

背景技術(shù)：

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金委員會(huì)提出了組織工程的定義：基于結(jié)構(gòu)與功能間的關(guān)系，將工程學(xué)及生命科學(xué)的基本原理應(yīng)用于哺乳動(dòng)物的正常及病理組織當(dāng)中，用于恢復(fù)、維持或者改善組織功能的生物替代品的發(fā)展。構(gòu)成組織工程的三要素包括：細(xì)胞、支架、生長(zhǎng)因子。細(xì)胞是一切生物組織最基本的結(jié)構(gòu)單位，支架為細(xì)胞成長(zhǎng)為一個(gè)完整的組織提供支撐，生長(zhǎng)因子可以引導(dǎo)、協(xié)調(diào)細(xì)胞活動(dòng)。

目前，在控制細(xì)胞支架體內(nèi)降解速度與細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖相匹配方面；在控制支架具有要求的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)方面以及在對(duì)生長(zhǎng)因子的生物活性保護(hù)及控制釋放方面等都還存在著許多棘手的問題未能得到解決。

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)：

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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的運(yùn)輸；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)；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；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。

致孔法存在力學(xué)強(qiáng)度低、造孔劑的殘留這兩個(gè)嚴(yán)重問題，造孔劑的殘留會(huì)影響細(xì)胞的附著與生長(zhǎng)從而導(dǎo)致組織敗壞死亡。

冷凍干燥技術(shù)會(huì)存在構(gòu)建的三維支架孔尺寸較小的缺點(diǎn)導(dǎo)致細(xì)胞不能順利穿透支架到達(dá)其結(jié)構(gòu)內(nèi)部，仍有較多細(xì)胞粘附在支架表面，這種狀況對(duì)細(xì)胞的正常增殖和組織的全面修復(fù)降幅產(chǎn)生不利的影響；且有機(jī)溶劑的殘留會(huì)影響生物活性因子或細(xì)胞的培養(yǎng)。

靜電紡絲工藝的溶液電紡制備的生物支架存在著不可避免的不可忽視的缺陷，溶液靜電紡絲法存在的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。

綜上所述，如何提供一種便于細(xì)胞支架成型裝置和方法，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種細(xì)胞支架制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠便于制造細(xì)胞支架。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于實(shí)現(xiàn)上述細(xì)胞支架制備系統(tǒng)的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種細(xì)胞支架制備系統(tǒng)，包括：

用于接收噴印材料的收集裝置；

用于帶動(dòng)收集裝置移動(dòng)的可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；

用于噴射噴印材料以形成細(xì)胞框架的注射泵第一噴頭，所述注射泵第一噴頭連接用于提供熱源以產(chǎn)生熔融狀態(tài)的噴印材料的加熱裝置和高壓靜電場(chǎng)裝置，所述高壓靜電場(chǎng)裝置用于使所述注射泵第一噴頭內(nèi)高溫熔融狀態(tài)下的噴印材料噴射至收集裝置；所述高壓靜電場(chǎng)裝置與計(jì)算機(jī)連接，所述注射泵第一噴頭設(shè)置于所述收集裝置的上方；

用于向所述細(xì)胞框架噴射生物墨的注射泵第二噴頭，所述注射泵第二噴頭設(shè)置于所述收集裝置的上方；

計(jì)算機(jī)，用于控制所述注射泵第一噴頭和所述注射泵第二噴頭的逐層噴射，并用于控制可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)于所述注射泵第一噴頭的移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述注射泵第一噴頭的噴印頭尖端與所述收集裝置的收集平面之間的距離范圍為0.5至3毫米。

優(yōu)選的，所述可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為水平移動(dòng)平臺(tái)，所述水平移動(dòng)平臺(tái)還連接豎直移動(dòng)裝置，以便完成單層噴印后進(jìn)行豎直移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述注射泵第一噴頭和所述注射泵第二噴頭均設(shè)置在注射泵支架上，所述加熱裝置為高壓模塊，或所述加熱裝置為所述高壓靜電場(chǎng)裝置。

優(yōu)選的，所述注射泵第一噴頭的注射針頭的內(nèi)徑范圍為200微米至250微米。

優(yōu)選的，所述噴印材料為人工合成的PLA高分子材料；

和/或所述計(jì)算機(jī)通過運(yùn)動(dòng)控制裝置連接所述可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述運(yùn)動(dòng)控制裝置包括機(jī)械手控制裝置、減速器控制裝置和機(jī)電控制裝置中的一種或多種。

一種細(xì)胞支架制備方法，應(yīng)用于上述任意一項(xiàng)所述的細(xì)胞支架制備系統(tǒng)，包括：

S1：加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料；

S2：計(jì)算機(jī)控制所述注射泵第一噴頭向收集裝置的成型位置噴印以形成細(xì)胞框架，所述計(jì)算機(jī)控制可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，以便所述細(xì)胞框架移動(dòng)到注射泵第二噴頭的噴印位置；

S3：所述計(jì)算機(jī)控制所述注射泵第二噴頭向所述細(xì)胞框架噴印生物墨；所述計(jì)算機(jī)控制所述可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，使所述成型位置移動(dòng)至所述注射泵第一噴頭的噴印位置；判斷是否噴印完成，若為否，則返回S2。

優(yōu)選的，所述加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料，包括：

利用高壓電裝置加熱所述注射泵第一噴頭中的噴印材料，所述噴印材料為人工合成的PLA高分子材料。

本發(fā)明提供的細(xì)胞支架制備系統(tǒng)能夠?qū)⑷廴跔顟B(tài)的噴印材料通過高壓靜電場(chǎng)裝置的作用可以形成靜電紡絲，從而在收集裝置上形成較為精確的細(xì)胞框架，直寫靜電紡絲技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)材料的路徑精確可控，以實(shí)現(xiàn)具有精確結(jié)構(gòu)的細(xì)胞支架。

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(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(duì)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)明所提供的一種細(xì)胞支架制備系統(tǒng)的連接示意圖。

圖1中：

1為計(jì)算機(jī)、2為可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、3為高壓靜電場(chǎng)裝置、4為雙噴頭注射泵、5為收集裝置、6為運(yùn)動(dòng)控制裝置。

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(duì)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?；诒景l(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。

本發(fā)明的核心是提供一種細(xì)胞支架制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠便于制造細(xì)胞支架。本發(fā)明的另一核心是提供一種用于操作上述細(xì)胞支架制備系統(tǒng)的方法。

請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種細(xì)胞支架制備系統(tǒng)的連接示意圖。

本發(fā)明所提供的一種細(xì)胞支架制備系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)構(gòu)成上主要包括收集裝置5、可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2、注射泵第一噴頭、注射泵第二噴頭和計(jì)算機(jī)1。

其中，收集裝置5用于接收噴印材料，接收指的是接收注射泵第一噴頭、注射泵第二噴頭向其噴射的噴印材料，并形成細(xì)胞框架和最終的細(xì)胞支架，也就是說收集裝置5為用于設(shè)置產(chǎn)品的裝置，可以是一個(gè)容器或者為一個(gè)平面結(jié)構(gòu)?？蛇\(yùn)動(dòng)平臺(tái)2用于帶動(dòng)收集裝置5進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)具體可以包括水平移動(dòng)、豎直移動(dòng)等多種移動(dòng)方式。

注射泵第一噴頭用于向收集裝置5噴射噴印材料，以便形成噴印材料構(gòu)成的細(xì)胞框架，注射泵第一噴頭連接加熱裝置，加熱裝置用于提供熱源以產(chǎn)生熔融狀態(tài)的噴印材料，熔融狀態(tài)的噴印材料可以由注射泵第一噴頭向收集裝置5噴射，注射泵第一噴頭設(shè)置于收集裝置5的上方。上方為注射泵第一噴頭和收集裝置5的相對(duì)位置關(guān)系，可以為上下結(jié)構(gòu)，也可以為具有一定水平轉(zhuǎn)角的相對(duì)位置關(guān)系，以便在實(shí)際使用時(shí)，注射泵第一噴頭向收集裝置5進(jìn)行噴射。注射泵第一噴頭還與高壓靜電場(chǎng)裝置3連接，高壓靜電場(chǎng)裝置3用于利用高壓靜電場(chǎng)使注射泵第一噴頭內(nèi)高溫熔融狀態(tài)下的噴印材料噴射至收集裝置5；高壓靜電場(chǎng)裝置3與計(jì)算機(jī)1連接。

注射泵第二噴頭用于向細(xì)胞框架噴射生物墨，注射泵第二噴頭設(shè)置于收集裝置5的上方。計(jì)算機(jī)1用于控制注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭的逐層噴射，并用于控制可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2相對(duì)于注射泵第一噴頭的移動(dòng)。

需要說明的是，上述高壓靜電場(chǎng)裝置3為設(shè)置在注射泵第一噴頭和收集裝置5之間的靜電場(chǎng)，能夠通過產(chǎn)生的靜電場(chǎng)起到使注射泵第一噴頭內(nèi)的噴印材料噴至收集裝置5的作用。

兩個(gè)注射泵噴頭用于產(chǎn)生熔融狀態(tài)的噴印材料和生物墨，兩個(gè)注射泵噴頭可以同時(shí)設(shè)置在一個(gè)雙噴頭注射泵4上。收集裝置5用于接收噴印材料和生物墨。

需要說明的是，上述熔融狀態(tài)的噴印材料通過高壓靜電場(chǎng)裝置3的作用可以形成靜電紡絲，從而在收集裝置5上形成較為精確的細(xì)胞框架，直寫靜電紡絲技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)材料的路徑精確可控，以實(shí)現(xiàn)具有精確結(jié)構(gòu)的細(xì)胞支架。

本發(fā)明所提供的細(xì)胞支架制備系統(tǒng)能夠通過注射泵第一噴頭和高壓靜電場(chǎng)裝置3的配合形成熔融狀態(tài)材料的靜電紡絲技術(shù)，并通過可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2帶動(dòng)收集裝置5的移動(dòng)，以便形成注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭的交替工作，使二者能夠?qū)崿F(xiàn)逐層打印，具體地，逐層打印的步驟可以參考下述內(nèi)容：注射泵第一噴頭噴印出細(xì)胞框架，通過可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的移動(dòng)使細(xì)胞框架移動(dòng)到裝有生物墨的注射泵第二噴頭下面，進(jìn)而將生物墨從注射泵第二噴頭噴向細(xì)胞框架的間隙中，形成第一層結(jié)構(gòu)，然后再次通過可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的移動(dòng)使收集裝置5向注射泵第一噴頭方向移動(dòng)，噴印第二層細(xì)胞框架，進(jìn)行循環(huán)的疊加打印，最后形成細(xì)胞-材料復(fù)合物。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，注射泵第一噴頭的噴印頭尖端與收集裝置5的收集平面之間的距離范圍L為0.5至3毫米。本實(shí)施例所提供的注射泵第一噴頭與收集裝置5的收集平面之間間距保持在0.5至3毫米之間，具有極小的噴射距離，能夠在保證高壓靜電場(chǎng)作用的前提下，進(jìn)一步地保證噴印的效果。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2具體可以為水平移動(dòng)平臺(tái)，水平移動(dòng)平臺(tái)還連接豎直移動(dòng)裝置，以便完成單層噴印后進(jìn)行豎直移動(dòng)。由于上述實(shí)施例中提供的噴印方式中需要兩個(gè)噴頭依次作用噴涂，所以可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2需要在水平方向上提供移動(dòng)作用。當(dāng)然，由于噴印的方法為逐層噴印，所以在制作過程中，需要調(diào)整噴印頭的高度，調(diào)整高度的過程可以通過豎直移動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)。

在上述任意一個(gè)實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭均設(shè)置在注射泵支架上，通過注射泵支架將二者進(jìn)行固定。可選的，上述注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭可以為同一個(gè)注射裝置，注射裝置具有不同的儲(chǔ)料腔，從而實(shí)現(xiàn)不同類型材料的儲(chǔ)存。

可選的，上述實(shí)施例中加熱裝置為高壓模塊，或加熱裝置為高壓靜電場(chǎng)裝置3。需要說明的是，加熱裝置可以采用高壓電的形式對(duì)材料進(jìn)行加熱，加熱速度快，且溫度可控。當(dāng)然，加熱裝置并不局限于上述提供的形式，也可以選用現(xiàn)有技術(shù)中其他類型的加熱裝置。

在上述任意一個(gè)實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，注射泵第一噴頭的注射針頭的內(nèi)徑范圍為200微米至250微米。

可選的，內(nèi)徑可以具體為232μm，在噴印距離為0.5至3mm近場(chǎng)靜電條件下，可以直寫出直徑為50至500nm的纖維結(jié)構(gòu)。

在上述任意一個(gè)實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，噴印材料可以為人工合成的PLA高分子材料。通過將人工合成的PLA高分子材料加熱兵進(jìn)行噴印，可以得到結(jié)構(gòu)精度較高的聚合物纖維結(jié)構(gòu)。

從產(chǎn)品的角度來看，本發(fā)明采用的人工合成的PLA高分子材料作為熔融材料制作細(xì)胞支架，不需要引入有毒的溶劑，與傳統(tǒng)的溶液靜電紡絲方法相比，對(duì)于后續(xù)的支架細(xì)胞培養(yǎng)并植入人體機(jī)體的組織或器官病損部位進(jìn)行修復(fù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

在一個(gè)具體的實(shí)施例中，上述計(jì)算機(jī)1通過運(yùn)動(dòng)控制裝置6連接可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2，運(yùn)動(dòng)控制裝置6包括機(jī)械手控制裝置、減速器控制裝置和機(jī)電控制裝置中的一種或多種。

可選的，由于采用計(jì)算機(jī)1作為可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的控制機(jī)構(gòu)，二者之間的傳動(dòng)設(shè)備類型不唯一，任何一種能夠接收計(jì)算機(jī)1控制，并將運(yùn)動(dòng)傳遞給可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)2的機(jī)構(gòu)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

可選的，上述運(yùn)動(dòng)控制裝置6可以為雅科貝思電機(jī)。

除了上述各個(gè)實(shí)施例所提供的細(xì)胞支架制備系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用于上述細(xì)胞支架制備系統(tǒng)的細(xì)胞支架制備方法。

該細(xì)胞支架制備方法可以應(yīng)用于上述任意一個(gè)的細(xì)胞支架制備系統(tǒng)的使用中，操作方法具體可以包括以下步驟：

步驟S1、加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料。

步驟S2、計(jì)算機(jī)控制注射泵第一噴頭向收集裝置的成型位置噴印以形成細(xì)胞框架，計(jì)算機(jī)控制可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，以便細(xì)胞框架移動(dòng)到注射泵第二噴頭的噴印位置。

步驟S3、計(jì)算機(jī)控制注射泵第二噴頭向細(xì)胞框架噴印生物墨；計(jì)算機(jī)控制可運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)，使成型位置移動(dòng)至注射泵第一噴頭的噴印位置；判斷是否噴印完成，若為否，則返回步驟S2。

在上述方法的基礎(chǔ)之上，步驟S1中加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料，的步驟，具體可以包括：

利用高壓電裝置加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料，噴印材料為人工合成的PLA高分子材料。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步：

本發(fā)明引入的熔融靜電紡絲成形工藝用于成形具有適合細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞支架?；谌廴陟o電紡絲成形工藝是一種在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)精確控制下能夠成形具有直徑為50～500nm的聚合物纖維。

本發(fā)明將直寫靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用于細(xì)胞支架的成形，直寫靜電紡絲技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)纖維的沉積路徑精確可控，可構(gòu)建空隙適合細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞支架。

本發(fā)明采用的熔融材料不需要引入有毒的溶劑，與傳統(tǒng)的溶液靜電紡絲方法相比，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，且對(duì)于后續(xù)的支架細(xì)胞培養(yǎng)并植入人體機(jī)體的組織或器官病損部位進(jìn)行修復(fù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。

以上對(duì)本發(fā)明所提供的細(xì)胞支架制備系統(tǒng)及方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。