CN106137458B - 一种血管浇注成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种血管浇注成型的装置，它解决了现有生物打印技术中生物材料打印较慢及容易坍塌的问题。本血管浇注成型装置包括基座、中轴、内孔支架、中孔支架、外孔支架、进液口、出液口、内腔、中腔、外腔、端盖。本发明的特点是：通过多孔支架的分布实现细胞按照一定的尺寸分布且多孔支架材料可为降解材料；进液口和出液口能持续的对细胞进行营养液的循环供给；浇注完毕后，通过营养液对不同层的细胞进行培养，实现细胞生长，从而获得人工血管。本发明具有操作简便，且能快速大量生产血管的优点。

Description

一种血管浇注成型装置及方法

技术领域

本发明涉及组织工程领域中的血管制造技术，涉及到一种血管浇注成型装置及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高和社会老龄化的加剧，心脑血管疾病发生率逐年升高并日趋年轻化。心血管疾病是当今社会死亡率很高的疾病，经过数据调查表明，中国人群总体状况指标中，心血管疾病排在第一名。一些心血管疾病(如动脉瘤、动脉血栓、心脏动脉搭桥、创伤类血管损伤等)的治疗需要通过人工血管移植进行，制造具有人体相适用性的人工血管是这类血管疾病的关键。

随着组织工程及细胞生物材料技术的发展，用人体细胞为材料制造人工活体血管成为可能。目前生物细胞人工活体血管的制造主要是3D生物打印方法。它用增材制造的方法，把细胞按要求的形式进行排列。由于细胞本身的强度问题，它不易成型成较长和较大型的组织，否则易坍塌。为克服以上缺点，本发明提出了一种用活体细胞制造血管浇注成型装置和方法，可实现生物细胞组织的快速成型及培养。

发明内容

本发明的目的在于克服3D生物打印细胞组织时不易成型或需要支架的缺点，提出一种血管制造新方法，具体如下。

一种血管浇注成型装置，其特征在于：该装置包括中轴、内孔支架、中孔支架、外孔支架、基座、端盖、进液口以及出液口。内孔支架、中孔支架、外孔支架固定在中轴上，中轴通过螺纹孔与底座相连。并且中轴、内孔支架、中孔支架、外孔支架的尺寸可根据血管的参数进行改变；内孔支架、中孔支架和外孔支架和中轴同轴，并且固定在中轴底部结构上；进液口和出液口为营养液的进出口；进液口小孔也可置于支架底部，或有利于营养液循环到腔内各部分细胞的位置，利于细胞生长，并带走细胞代谢物。

本发明的血管制造方法为浇注成型方法，该方法的原理是：安装后的内孔支架、中孔支架、外孔支架以及中轴形成了细胞腔体。将不同的生物材料或细胞按照要求浇注到设计的腔体中，也可通过3D打印喷头把细胞和其它生物材料通过喷头挤压到设计的腔体中；然后带支架一起置入循环的培养液中，营养液进出口配置要有利于细胞代谢和营养供给；然后通过一定时间的培养形成所需的血管结构或其它管状结构。之后支架可拆除或降解。

上述的血管浇注成型装置中，该支架为生物兼容性材料；也可为生物可降解材料，且降解生成的物质对细胞没有损害；所有支架采用多孔结构，可实现营养物质的循环供给以及细胞代谢物的排出。

上述的血管浇注成型装置中，所述的容腔的大小可通过多孔支架的尺寸参数调节，并且可以增加多孔支架的层数实现更多层细胞材料的浇注，以便制造尺寸的血管。

上述的血管浇注成型装置中，所述的中轴与基座连接，考虑到细胞的营养供给和代谢循环，支架结构可选择竖直安装或水平安装。水平安装可消除垂直安装时底部细胞承压大的问题，可制造更长的血管。

上述的血管浇注成型装置中，所述的支架材料可通过不同的方法进行制造，其形状可为规则或不规则结构。

本发明与其他血管成型方法相比优点在于以下几方面：

1)通过该方法可实现较长血管的制造；

2)通过设计不同容腔尺寸，实现不同尺寸血管的制造；

3)通过这种血管浇注成型装置，可实现血管分层加工；

4)通过这种血管浇注成型装置，可持续对细胞提供营养，减少细胞死亡率；

5)通过这种血管浇注成型装置，可加快血管成型的速度，具有方便、快捷等点；

6)成型的血管可以没有任何外来粘结剂，安全可靠。

附图说明

图1血管成型装置垂直安装剖面图。

图2血管成型装置水平安装剖面图。

图3三维示意图。

图4多孔支架结构示意图。

图中1、中轴，2、内孔支架，3、中孔支架，4、外孔支架，5、基座，6、进液口，7、出液口，8、内腔，9、中腔，10、外腔，11、端盖。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的可行性、实用性以及操作简便性，本发明将通过示意图对进行详细的描述。

本发明的血管浇注成型装置如图1和图2所示，包括中轴1、内孔支架2、中孔支架3、外孔支架4、基座5、进液口6、出液口7、内腔8、中腔9、外腔10和端盖11。内孔支架2、中孔支架3、外孔支架4固定在中轴1上，中轴1与基座7相连，并且中轴1的尺寸可根据血管的参数改变；内孔支架2、中孔支架3和外孔支架4固定在中轴1上；进液口6和出液口7为营养液的进出口。

图2为血管浇注成型装置水平安装结构。除基座5外，如需要，中轴1可带动内孔支架2、中孔支架3、外孔支架4和盖板11及各腔内的细胞缓慢旋转，以加速营养液供给及代谢物排出，有利于细胞生长。

图4为多孔支架结构示意图，多孔结构可实现营养物质的供给。并且，该支架为生物兼容性材料，或为可降解生物材料，且降解生成的物质对细胞无害。多孔支架结构的尺寸设计由血管的相关参数确定；孔可采用不同的形状和不同的排列，只要其能达到渗透细胞营养液的效果。通过多孔支架的尺寸参数调节，可控制内腔8、中腔9和外腔10的大小，以制造不同尺寸的血管；并且，可以进一步增加多孔支架的层数实现更多层不同细胞的浇注。

内孔支架2、中孔支架3和外孔支架4将血管浇注成型装置分成3个容腔，即内腔8、中腔9、外腔10，通过手工或机械方式将相同或不同细胞按要求分单层或多层注入容腔之内，形成三个或多个细胞液柱。进液口5把营养液充满基座，并进行循环，以确保营养液的有效性，以及细胞代谢物排出，保证细胞成活率。待各腔的细胞彼此生长成型并具有一定强度后，可将各支架取出；如支架为降解材料，可将血管成型装置转移到适宜环境下，实现圆筒的降解。这样不同腔的细胞在接触面就彼此融合，在营养液或培养箱中进一步生长，直至获得所需血管的结构。

本发明所提到的血管浇注成型装置进行血管制备的具体步骤：

1)确定血管参数；

2)制备血管浇注成型装置的支架，该支架属于多孔结构，为生物兼容性材料；

3)将步骤2)所提到的多孔支架安装到血管制备装置的中轴上，形成容腔结构；

4)通过手动或机械的方式向浇注成型装置的容腔中添加细胞，实现细胞单层或多层排布；

5)浇注过程中，营养液通过进液口6供给细胞营养物质，使细胞保持活性；通过出液口7实现废物或有害物质的排出，并形成循环供液；

6)浇注完毕后，可将整个装置置于细胞生长环境进行培养。待血管形成并就被一定强度后可拆除支架或使多孔支架缓慢降解(如支架采用生物降解材料)。

7)如图1和图2所示，中轴1及相应的支架结构可配置成垂直和水平安装。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动和变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

尽管本文较多地使用了中轴1、内孔支架2、中孔支架3、外孔支架4、基座5、进液口6、出液口7、内腔8、中腔9、外腔10、盖板11等术语，但并不排除其它术语的可能性，使用这些术语仅仅是为了更清楚地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种血管浇注成型装置，其特征在于：该装置包括中轴(1)、内孔支架(2)、中孔支架(3)、外孔支架(4)、基座(5)，进液口(6)、出液口(7)、内腔(8)、中腔(9)、外腔(10)、端盖(11)；所述中轴(1)连接到基座(5)上；内孔支架(2)、中孔支架(3)和外孔支架(4)固定在中轴(1)上；内腔(8)位于中轴(1)与内孔支架(2)之间，中腔(9)位于内孔支架(2)与中孔支架(3)之间，外腔(10)位于中孔支架(3)与外孔支架(4)之间；所述进液口(6)和出液口(7)为营养液的进出口。

2.根据权利要求1所述的血管浇注成型装置，其特征在于：内孔支架(2)、中孔支架(3)和外孔支架(4)为多孔筒状结构，有利于营养物质渗透和循环。

3.根据权利要求1所述的血管浇注成型装置，其特征在于：中轴(1)与基座(5)相连接，中轴(1)可带动其上的结构和腔体内细胞进行缓慢旋转。

4.根据权利要求1所述的血管浇注成型装置，其特征在于：中轴(1)和内孔支架(2)、中孔支架(3)和外孔支架(4)构成内部腔体，细胞或其它生物材料可按要求注入该腔体，该腔体内设置有营养液循环。

5.根据权利要求2所述的血管浇注成型装置，其特征在于：中轴(1)、内孔支架(2)、中孔支架(3)和外孔支架(4)为生物兼容性材料。

6.根据权利要求2所述的血管浇注成型装置，其特征在于：中轴(1)、内孔支架(2)、中孔支架(3)和外孔支架(4)为生物可降解材料，且降解物质对细胞无害。

7.根据权利要求1所述的血管浇注成型装置，其特征在于：该装置垂直安装或水平安装。

8.根据权利要求1所述的血管浇注成型装置，其特征在于：进液口(6)和出液口(7)配置，使得有利于腔内细胞营养液供给和细胞代谢物排出。

9.根据权利要求1所述的血管浇注成型装置，其特征在于：营养液充满基座(5)，并且覆盖端盖(11)和外孔支架(4)。

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