CN107190336A - 一种电纺笔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电纺笔，包括存放及输出纺丝原料的蓄料筒、以及套设于所述蓄料筒外周、用于将所述纺丝原料加热至熔融状态的加热环，所述蓄料筒的一端设置有用于输送纺丝原料的送料组件，另一端设置有产生电场以喷出纺丝的喷嘴结构。这种电纺笔，设计简单结构紧凑，能够实现手持操作，可以用于对自动化规模制造出的组织工程细胞支架进行更为细节化更加准确的修饰加工，从而提高产出细胞支架的可使用率，降低废品率，从而降低了生产制造成本；进一步的在电纺笔内设置加热环，以便将蓄料筒内的原料加热至熔融状态，从而令后续的纺丝喷出直接喷出熔融的原料液，相对于现有技术中的喷出原料的生化溶液的设计，更加安全无毒。

Description

一种电纺笔

技术领域

本发明涉及生物组织工程技术领域，更具体地说，涉及一种电纺笔。

背景技术

自组织工程的概念被提出后，随着静电纺丝的理论不断地被完善丰富，纺丝技术不断地得到改进，生物学家越发地坚定未来的器官组织移植的源少排斥反应大等难题将会由人造的无毒无排斥反应的组织器官解决。

研究人员已初步得到通过纺丝构造的原理制造生物支架打印的办法。支架在组织工程中有着至关重要的作用，主要是因为具备了以下几个特点：

具有较高的孔隙率和内部连通的三维网状结构，可以为细胞的黏附提供支撑点，并便于营养物质和代谢废物的运输；具有良好的生物相容性、可控的降解性和可吸收性，可加工为三维结构；具有适当的表面化学性质，以利于细胞的黏附、增殖、分化；根据不同组织的要求，调控合适的力学性能。

目前，常用的组织工程细胞支架制备工艺组要分为致孔法和冷冻干燥技术和静电纺丝工艺三大类。前两种均为通过平面培养组织细胞，具有较高的培养失败率与不可以移植性。而传统的溶液电纺制备的生物支架存在着有毒溶剂残留和回收成本高等问题限制了其在生物医学领域的应用。

综上所述，如何有效地解决目前采用纺丝技术制造生物支架所存在的成本高或生物特性不够优异等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电纺笔，该电纺笔的结构设计可以有效地解决目前采用纺丝技术制造生物支架所存在的成本高或生物特性不够优异等的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电纺笔，包括存放及输出纺丝原料的蓄料筒、以及套设于所述蓄料筒外周、用于将所述纺丝原料加热至熔融状态的加热环，所述蓄料筒的一端设置有用于输送纺丝原料的送料组件，另一端设置有产生电场以喷出纺丝的喷嘴结构。

优选的，上述电纺笔中，所述喷嘴结构包括与所述蓄料筒连通的中空针头及环形电极，所述环形电极为环状导体板、悬置固定于所述中空针头的外周，所述环形电极与所述中空针头同轴设置。

优选的，上述电纺笔中，所述中空针头为金属材质，其内设置有向喷出端内径渐缩的圆锥形空腔。

优选的，上述电纺笔中，所述蓄料筒外周设置有绝缘外壳，所述绝缘外壳在所述喷嘴结构位置设置有开口，所述环形电极贴合所述开口附近的绝缘外壳内壁设置，所述中空针头位于所述开口内部一定距离。

优选的，上述电纺笔中，所述送料组件包括与所述蓄料筒密封连接的气动控制器，用于提供压力将熔融的纺丝原料从所述喷嘴结构输出。

优选的，上述电纺笔中，所述气动控制器包括气源组件及与所述气源组件连通的管路组件，所述管路组件上连通有控制气压输出的控制阀组件。

优选的，上述电纺笔中，所述蓄料筒与所述气动控制器之间设置有密封圈。

优选的，上述电纺笔中，所述加热环的供电线路中连接有温控开关，通过温控开关将所述蓄料筒内的纺丝原料维持在一定温度范围内的熔融状态。

优选的，上述电纺笔中，还包括主控器，所述主控器与所述温控开关及所述控制阀组件控制连接，以此控制喷出纺丝的操作。

本发明提供的电纺笔，包括存放及输出纺丝原料的蓄料筒、以及套设于所述蓄料筒外周、用于将所述纺丝原料加热至熔融状态的加热环，所述蓄料筒的一端设置有用于输送纺丝原料的送料组件，另一端设置有产生电场以喷出纺丝的喷嘴结构。本发明提供的这种电纺笔，设计简单结构紧凑，能够实现手持操作，可以用于对自动化规模制造出的组织工程细胞支架进行更为细节化更加准确的修饰加工，从而提高产出细胞支架的可使用率，降低废品率，从而降低了生产制造成本；进一步的在电纺笔内设置加热环，以便将蓄料筒内的原料加热至熔融状态，从而令后续的纺丝喷出直接喷出熔融的原料液，相对于现有技术中的喷出原料的生化溶液的设计，更加安全无毒，直接采用熔融原料出丝，不引入其他生化溶剂，所以可以有效减少生产过程中引入的具有毒性残留的副产品，同时也降低了现有技术所需的后续去除毒性残留的工序成本，同时优化了产出细胞支架的生物特性。综上所述，本发明提供的电纺笔有效地解决了目前采用纺丝技术制造生物支架所存在的成本高或生物特性不够优异等的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的电纺笔内部的结构示意图。

附图中标记如下：

蓄料筒1、加热环2、中空针头3、环状导体板4、绝缘外壳5、气动控制器6、密封圈7。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种电纺笔，以解决目前采用纺丝技术制造生物支架所存在的成本高或生物特性不够优异等的技术问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的电纺笔内部的结构示意图。

本发明的实施例提供的电纺笔，包括存放及输出纺丝原料的蓄料筒1、以及套设于所述蓄料筒1外周、用于将所述纺丝原料加热至熔融状态的加热环2，所述蓄料筒1的一端设置有用于输送纺丝原料的送料组件，另一端设置有产生电场以喷出纺丝的喷嘴结构。

其中需要说明的是，将加热环套装于蓄料筒的外周而不是设置于蓄料筒内具有以下优点：不设置加热元件的光滑的蓄料筒的内壁更加易于清理，防止用于加热的装置上沾有前次使用时的熔融有机原料留下的残留，令后续产品内存在杂质，导致产品的原料纯度降低；加热环贴合蓄料筒设置，保证加热效果，蓄料筒外壁应具有良好的导热特性，可选用适合的金属材质或陶瓷材质等。

此外蓄料筒的一端设置的送料组件，可输送固态原料，本实施例提供的这种电纺笔的结构可以直接加入固态原料，通过内部的加热环进行熔融，操作方便，令整个加工过程变得更加快捷。

本实施例提供的这种电纺笔，设计简单结构紧凑，能够实现手持操作，可以用于对自动化规模制造出的组织工程细胞支架进行更为细节化更加准确的修饰加工，从而提高产出细胞支架的可使用率，降低废品率，从而降低了生产制造成本；进一步的在电纺笔内设置加热环，以便将蓄料筒内的原料加热至熔融状态，从而令后续的纺丝喷出直接喷出熔融的原料液，相对于现有技术中的喷出原料的生化溶液的设计，更加安全无毒，直接采用熔融原料出丝，不引入其他生化溶剂，所以可以有效减少生产过程中引入的具有毒性残留的副产品，同时也降低了现有技术所需的后续去除毒性残留的工序成本，同时优化了产出细胞支架的生物特性。综上所述，本发明提供的电纺笔有效地解决了目前采用纺丝技术制造生物支架所存在的成本高或生物特性不够优异等的技术问题。

目前也存在另一种不同原理的生物支架制造方式，即运用模型去打印生物支架，而这就导致了另一个问题的存在——实际模型与打印模型有偏差，导致打印出来的生物支架不可用，尤其是模型若是缺少了某一部分则整个模型都会称为废品；而普遍来说生物支架的打印耗时长，成本高，如果是由于模型缺陷导致产品废弃则将大大影响生物支架的有效生产效率，及加大了投入成本。

为应对上述的问题，本实施例进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，所述喷嘴结构包括与所述蓄料筒连通的中空针头3及环形电极，所述环形电极为环状导体板4、悬置固定于所述中空针头3的外周，所述环形电极与所述中空针头3同轴设置。

本实施例提供的技术方案中，采用中空针头配合同轴设置于其周围的环形导体板的设计，需要说明的是，此处中空针头优选为金属材质，通过这种设计令中空针头提供熔融的、带有电极性的有机原材料的细液柱，通过环状导体板4提供的均匀电场，令带有电极性的液柱能够从中空针头喷出后竖直前进，具有优良的直线型，从而令其喷出的材质所指向的位置明确可控，能够准确的到达细胞支架毛坯上所需要修补的位置。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，所述中空针头3为金属材质，其内设置有向喷出端内径渐缩的圆锥形空腔。

本实施例提供的技术方案中，通过金属材质的中空针头，令熔融的原材料在通过时较为容易的携带上电极性，可以免除采用其他赋予材质电极性的方式所需的工序，简化了操作；采用中空针头的喷出端内径渐缩的圆锥形设计，可以令中空针头内的通路渐缩，以便在喷出之前更容易的排开引入的气泡及未能够完全熔融的原料的影响，令喷出的熔融原料液柱具有更好的连续性，从而令修补的过程更加准确容易进行。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，所述蓄料筒1外周设置有绝缘外壳5，所述绝缘外壳5在所述喷嘴结构位置设置有开口，所述环形电极贴合所述开口附近的绝缘外壳5内壁设置，所述中空针头3位于所述开口内部一定距离。

本实施例提供的技术方案中，进一步在蓄料筒的外周设置绝缘外壳，优选的设计是外壳同时具有较好的绝热性，以便用户在手持设备进行操作时触电或烫伤；此外将环形电极板及中空针头隐藏于绝缘外壳内部，可以充分保护保证喷出直线性及形成电场的元件，防止其结构损毁造成喷出的原料不能到达指定位置造成修补准确度下降。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，所述送料组件包括与所述蓄料筒1密封连接的气动控制器6，用于提供压力将熔融的纺丝原料从所述喷嘴结构输出。

本实施例提供的技术方案中，采用气动控制器的设计对蓄料筒内提供压力，用于推动蓄料筒内的原料前进，将熔融的原料以纺丝的形式从中空针头内送出，该设计实施简单，控制容易，并且推动的连续性好，输出纺丝更加连续稳定。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，所述气动控制器6包括气源组件及与所述气源组件连通的管路组件，所述管路组件上连通有控制气压输出的控制阀组件。

本实施例提供的技术方案中，气动控制器气源组件及控制阀组件，通过控制阀组件控制气源组件的输出，可选用电控阀门或者气动阀门，该设计控制稳定，易于系统实现自动化控制。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，所述蓄料筒1与所述气动控制器6之间设置有密封圈7。本实施例提供的技术方案中，在蓄料筒及气动控制器之间设置有密封圈，以此实现密封防止漏气，优选的设计是将蓄料筒的设计适当拉长，将密封圈设置于蓄料筒的尾部，防止蓄料筒的加热将密封圈烫坏。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，所述加热环2的供电线路中连接有温控开关，通过温控开关将所述蓄料筒内的纺丝原料维持在一定温度范围内的熔融状态。

本实施例提供的技术方案中，在加热环的供电线路中设置温控开关，温控开关包括热敏元件及开关，热敏元件贴合加热部位设置，以此将蓄料筒内的温度维持在一定范围内，在该温度范围内纺丝原料保持熔融状态，此处纺丝原料优选的材料是聚乳酸(PLA)，所以温控开关的设置温度与聚乳酸的熔融温度相匹配。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，上述电纺笔中，还包括主控器，所述主控器与所述温控开关及所述控制阀组件控制连接，以此控制喷出纺丝的操作。本实施例提供的技术方案中的主控器与温控开关及气动控制器的控制阀组件控制连接，保证在气动控制器推动原料进行输出时原料已到达熔融状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电纺笔，其特征在于，包括存放及输出纺丝原料的蓄料筒、以及套设于所述蓄料筒外周、用于将所述纺丝原料加热至熔融状态的加热环，所述蓄料筒的一端设置有用于输送纺丝原料的送料组件，另一端设置有产生电场以喷出纺丝的喷嘴结构。

2.根据权利要求1所述的电纺笔，其特征在于，所述喷嘴结构包括与所述蓄料筒连通的中空针头及环形电极，所述环形电极为环状导体板、悬置固定于所述中空针头的外周，所述环形电极与所述中空针头同轴设置。

3.根据权利要求2所述的电纺笔，其特征在于，所述中空针头为金属材质，其内设置有向喷出端内径渐缩的圆锥形空腔。

4.根据权利要求2所述的电纺笔，其特征在于，所述蓄料筒外周设置有绝缘外壳，所述绝缘外壳在所述喷嘴结构位置设置有开口，所述环形电极贴合所述开口附近的绝缘外壳内壁设置，所述中空针头位于所述开口内部一定距离。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电纺笔，其特征在于，所述送料组件包括与所述蓄料筒密封连接的气动控制器，用于提供压力将熔融的纺丝原料从所述喷嘴结构输出。

6.根据权利要求5所述的电纺笔，其特征在于，所述气动控制器包括气源组件及与所述气源组件连通的管路组件，所述管路组件上连通有控制气压输出的控制阀组件。

7.根据权利要求6所述的电纺笔，其特征在于，所述蓄料筒与所述气动控制器之间设置有密封圈。

8.根据权利要求6所述的电纺笔，其特征在于，所述加热环的供电线路中连接有温控开关，通过温控开关将所述蓄料筒内的纺丝原料维持在一定温度范围内的熔融状态。

9.根据权利要求8所述的电纺笔，其特征在于，还包括主控器，所述主控器与所述温控开关及所述控制阀组件控制连接，以此控制喷出纺丝的操作。