[发明专利]组合的静电纺丝和微挤出装置

说明书

组合的静电纺丝和微挤出装置，该组合的静电纺丝和微挤出装置包括：设置有多个自由度的机器人操纵器；由机器人操纵器支承并能够通过机器人操纵器而运动的末端执行器；容纳在末端执行器上的多个挤出机，挤出机中的每个挤出机都设置有用于对至少一种材料进行挤出的可互换的喷嘴；构造成用于对所挤出的材料进行沉积的工作平面；构造成将流体流供给至挤出机以用于对材料的挤出进行控制的气动回路；以及能够选择性地启用以在挤出机的喷嘴与工作平面之间施加电势差的发电机，从而挤出机能够选择性地在发电机未使用的情况下以微挤出模式操作，或者在发电机启用的情况下以静电纺丝模式操作，微挤出模式和静电纺丝模式呈彼此独立的方式。

技术领域

本发明总体上涉及组织工程领域中的纳米制造和微制造技术。

背景技术

组织工程学是一门多学科的科学，组织工程学的目的是创造功能性和生物相容性的生物替代品，该生物替代品能够恢复受损器官或组织的功能并可以替换受损器官或组织。前述生物组织可以被认为是具有由纳米和微米级元素限定的拓扑的异质结构。

由于生物组织由微米和纳米级元素组成，因此能够替代或修复生物组织的结构(或支架)需要由通过多种规模进行加工的具有能够模仿生理环境的适当机械和结构特性的不同类型的材料组成。引入纳米级元素对于增加结构的表面体积比是必要的，从而促进细胞粘附性并确保细胞的增殖。

微观元素以不同的方式限定了三维空间，在该三维空间中，可以确保消除细胞废物并确保营养物质的良好流入。

为了确保结构内的上述特征，必须借助于不同的技术来加工不同类型的材料，这些技术确保同一结构内的空间分辨率尺度的多样性。

当前，使用增材制造技术是通过使用多种天然或合成材料来制造具有可控架构的支架的最有前景的方法中的一种方法。使用基于上述方法的技术，从使用CAD(计算机辅助设计)软件创建的三维模型开始，可以借助于计算机辅助制造(CAM)来创建结构，该计算机辅助制造允许该结构的构建借助于逐层将材料沉积直到完全形成结构为止。这种方法在文献中也被称为“生物印刷”。

通过增材制造技术与静电纺丝技术的结合而获得的混合结构非常令人感兴趣，该结构允许通过使用静电场来获得直径小于微米的连续材料丝，该静电场决定所处理材料的拉伸、伸长率并减小横截面。在使用静电纺丝技术期间，上述静电场的存在导致了在创建可以将这种技术与挤出技术结合的装置方面的主要困难。该因素使得有必要在可能引起电场干扰或损害电场功能的任何部件上使用屏蔽。此外，有必要使用非导电材料以及设备的各个元件的适当设计距离来避免与所生成的静电场发生任何相互作用。

存在使用具有单独加工工位的静电纺丝和挤出技术的若干已知设备，该已知设备限制了要制造的结构的质量，该已知设备的构建过程不断地被中断，这是由于为了结合上述制造技术，上述设备必须使工作平面在存在的各个工位之间自动移动。在上述设备中存在单独的加工工位使机器的整体体积以及工作时间增加，从而有在构建期间干扰结构的风险。

因此，需要一种制造设备，该制造设备能够将不同的技术组合在同一工作空间中，从而避免使用单独的设备，并且避免了必须将正在构建的工件从一个设备的工作空间移动至另一设备的工作空间的需求。

发明内容

因此，本发明的目的是一种组合的静电纺丝和微挤出装置，该组合的静电纺丝和微挤出装置包括：

机器人操纵器，该机器人操纵器设置有多个自由度，

末端执行器，该末端执行器由机器人操纵器支承并能够通过机器人操纵器而运动，

多个挤出机，挤出机容纳在末端执行器上，所述挤出机中的每个挤出机都设置有可互换的喷嘴，以用于将至少一种材料挤出，

工作平面，该工作平面构造成用于对所挤出的材料进行沉积，

气动回路，该气动回路构造成将流体流供给至挤出机以用于对材料的挤出进行控制，以及