[发明专利]一种复杂器官可控成型静电纺丝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂器官可控成型装置，属于静电纺丝技术领域。

背景技术

静电纺丝纤维的直径从几十纳米到几十微米，具有高比表面积、长径比大、质轻等特点，且形成的纤维膜孔隙率高，所以其拥有广泛的应用前景，尤其是组织工程领域的应用。

应用与组织工程领域的支架需要具有复杂可控的结构，目前满足该应用的专利和文章较少，2008年Dalton等提出一种通过控制X-Y工作台的运行速度制备可控成型组织工程载体的技术(Dalton P D,Joergensen N T,Groll J,et al.Patterned melt electrospun substrates for tissue engineering.Biomedical Materials,2008,3(3):034109.)。但是该技术材料单一，不可制造多元化、非均质组织器官载体。而由清华大学所提出的一系列专利(申请号200910093785.0)一种转盘式多喷头复杂器官前体三维受控成形系统和(申请号201010193223.6)复杂器官前体三维受控成形机用多喷头喷射装置，虽然该技术可以达到所制备的组织支架可控性强且形成组织支架非均质的要求，但是其只能制造组织器官前体，在器官一体化制造上存在缺陷。

针对以上问题，本发明提出一种复杂器官可控成型静电纺丝装置。该装置结合熔体静电纺丝和溶液静电纺丝纤维孔隙直径多级化的优点，并且配备精良的生化系统，达到组织支架制造与组织培养一体化的目标。

发明内容

本发明提出一种复杂器官可控成型静电纺丝装置，目的是为了简化组织支架制备、细胞培养和细胞种植等复杂过程。采用多级静电纺丝法制备具有利于细胞穿越的微米级孔洞，利于细胞粘附的纳米级纤维膜和具有一定机械强度纳米级骨架。并结合细胞培养技术，通过温度、CO₂含量和湿度的调节，为组织的生长与繁殖提供有利条件，从而直接制备出具有生物活性的复杂器官。

本发明提出的一种复杂器官可控成型静电纺丝装置，主要包括保温箱体、温度控制系统、湿度控制系统、CO₂含量调节系统、转盘系统、紫外消毒灯、细胞原液输出装置、培养基质输出装置、熔体电纺装置、溶液电纺装置、培养皿、三维运动系统、滑轨和高压静电发生器。其中转盘系统放置于保温箱体顶部，细胞原液输出装置、培养基质输出装置、熔体电纺装置和溶液电纺装置均匀周向分布在转盘系统的转盘上，转盘接地。三维运动控制系统通过滑轨与保温箱体相连接，高压静电发生器与三维运动系统中的圆形平台相连，圆形平台上放置了培养皿。保温箱体左侧面板上安装了温度控制系统、湿度控制系统和CO2含量调节系统，两个紫外消毒灯对称安装在保温箱体顶部左右两侧。

本发明提出了一种复杂器官可控成型静电纺丝装置，其中保温箱体为单侧拉门结构，整体呈密闭状态，保持箱体内无菌环境。

本发明提出了一种复杂器官可控成型静电纺丝装置，其中转盘系统主要包括棘轮机构、伸缩杆和转盘。伸缩杆上端连接棘轮机构，下端连接转盘。棘轮机构为主要驱动力，其带动转盘转动，根据需要，可调整喷头位置，为组织器官构建提供所需原料，如溶液纤维、熔体纤维、细胞原液或者培养基质等。与棘轮机构相连的是伸缩杆，依靠其伸缩杆改变转盘竖直位置，便于更换转盘上的其他装置。

本发明提出了一种复杂器官可控成型静电纺丝装置，其中熔体电纺装置包括电机、螺杆、加热装置、料筒和单针头。通过电机带动螺杆转动，通过螺杆转速的调节可调节进料速度；螺杆与料筒同轴配合，加热装置分两段紧紧包裹于料筒上下两端，保证加热温度；料筒底部安装有单针头，便于单丝的形成。

本发明提出了一种复杂器官可控成型静电纺丝装置，其中溶液电纺装置包括带丝杠电机、压板、导向筒、柱塞、针筒和针头。丝杠电机与压板螺纹配合，通过丝杠转动，带动压板上下运动；导向筒与压板同轴且间歇配合，为压板的上下运动导向。而柱塞与压板相连，通过压板带动柱塞运动，达到进料速度的控制要求。柱塞与针筒同轴且紧密贴合，防止注射液的反流。细胞原液输出装置、培养基质输出装置的结构可以选用与溶液电纺装置结构相同。

本发明提出了一种复杂器官可控成型静电纺丝装置，其中三维运动控制系统包括X滑竿、Y滑竿、Z滑竿、X电机、Y电机、Z电机和圆形转盘。圆形转盘安装在Y滑竿上，Y电机带动Y滑竿转动，使圆形转盘沿Y方向往复运动；Y滑竿和两根X滑竿相连，通过X电机带动，沿X方向往复运动；X滑竿与Z滑竿相连，通过Z电机带动，沿Z方向做上下运动。