[发明专利]一种便携式原位生物3D打印机

说明书

本发明公开了一种便携式原位生物3D打印机，包括静电纺丝模块、喷雾挤出模块、生物材料挤出模块、握把模块、材料进给模块、高压静电喷嘴、第一注射器、象鼻喷嘴、第二注射器、第二丝杠步进电机、第二推杆、导轨、U型插拔销、定位套筒、阵列式挤出针头、第三注射器、第一切换开关、第二切换开关、第三切换开关、启动开关、液晶显示屏、第一丝杠步进电机、第一推杆、第三丝杠步进电机、第三推杆。本发明能够进行多种模式的复合打印以实现创面的愈合效果，整体打印机具有整体结构紧凑、体积小便携性好的优点。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，更具体的说是涉及一种便携式原位生物3D打印机。

背景技术

创面的种类纷繁多样，日常生活中最常见的是急性创面(割伤、刺伤)以及慢性创面(烧伤)，其中烧伤是最常见的一种创面。烧伤是一种由物理或化学因素，如热力、化学、电流及放射线等所引起的常见的外伤性疾病。小面积烧伤仅引起皮肤和(或)黏膜组织或相应的深层组织的损伤。但较大面积的烧伤，可引起机体的各个系统出现不同程度的功能、代谢和形态变化，使伤员全身出现严重的反应和内脏损害，发生休克、脓毒症和多脏器功能衰竭等并发症，死亡率很高。烧伤创面的愈合及治疗过程复杂，时间较长。

烧伤治疗主要分为药物治疗，敷料治疗，手术治疗和其他。其中敷料治疗占比最多，2019年占总市场将近59.6％。因此敷料治疗依然是目前烧伤创面治疗最主要的方式之一，就创面愈合过程而言一般分为四个过程：I止血阶段II炎症阶段III肉芽形成阶段IV重塑阶段，这个过程需要止血、抑菌、生长因子以及多种细胞的配合等，然而目前的敷料尚未满足这一系列的要求，且存在诸多缺陷(1、易有棉线脱落形成异物2、不能吸收过多渗液，容易浸渍周围皮肤3、容易干燥、创面粘连，造成再次损伤4、浸渍后，细菌容易入侵5、更换频繁，费时且患者痛苦6、涂抹过多容易造成伤口浸渍7、不能涂抹在正常皮肤上8、需要二级敷料固定等)，因此找到一种面向创面精准管理的修复方式成为关键。

原位生物3D打印定义为在临床环境中直接打印生物墨水以在缺损处填补修复组织或器官，该技术旨在修复和重建有缺陷的组织，这些组织通常涉及曲面甚至更复杂的几何形状，而常规的3D打印技术通常仅限于平坦的基材。近年来该领域发展迅速，各种研究表明这种方法的巨大潜力，尤其是在皮肤，骨骼和软骨修复方面。因为它消除了在组织发育中起关键作用的生物微环境，而创面愈合过程急需这样的微环境。相比之下，体外方法主要需要重现天然组织微环境，其具有必要的生长因子、细胞和抑菌的物质，以获得更好的细胞活性、增殖、分化和迁移，这是发育功能组织(皮肤)或器官所必需的。这些因素的自然存在、简单性、易操纵性、较低的成本、较低的劳动力投入以及潜在的较少的监管障碍使得原位方法比体外方法更具有效。

原位3D打印的方式分为两种：装配有单独生物打印单元的机械臂或手持式设备。手持式生物打印方法涉及具有生物打印单元的高度便携式设备，该设备允许以直接写入方式将具有特定活细胞的生物材料沉积。与大型的机械臂相比，手持式生物制造工具具有许多优点：(a)随时间变化的伤口状况具有灵活性；(b)在天然组织的缝隙内或悬垂下方沉积生物墨水的自由度；(c)尺寸较小；(d)易于在临床位置和消毒内移入/移出；(e)降低了设备成本。典型的手持设备包含手柄，一个或多个生物墨水盒，喷嘴，光固化单元以及电动或气动挤出系统。现有国内外代表性组织器官修复用原位生物3D打印手持设备代表有：2020年多伦多大学RichardY Cheng团队开发的一种手持式皮肤3D打印机，2020年美国内布拉斯加大学林肯校区Carina S.Russell团队研发了一种手持式3D打印装置来用于骨骼肌的损伤治疗，2017年澳大利亚伍伦贡大学Cathal D O’Connell研究团队介绍了一种用于软骨损伤治疗的生物笔(Biopen)，2015年山东青岛大学开发出基于小型化和集成化的电池供电电子纺丝设备(BOEA)等。但是，针对于创面修复的过程，在选择潜在的细胞外基质成分进行组织修复和功能复合，包括清创止血、细胞打印、抑菌药物释放等方面，这些手持设备均难以达成这一功能。

因此，提供一种面向创面精准管理的便携式原位生物3D打印机，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容