CN109137265B - 一种三维血管电纺制造装置 - Google Patents

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Abstract

一种三维血管电纺制造装置，涉及静电纺丝。设有机器支架、xyz轴驱动电机、光轴导轨、滚珠丝杆、丝杆螺母导轨滑块、供液槽、注射泵导料管、联轴器、传动齿轮、注射泵、纺丝针头、血管模具、高速直流电机、机械臂垂直转动部分、机械臂垂直方向控制电机、机械臂水平方向控制电机、机械臂水平旋转部分、机械臂底座的传动齿轮、机械臂底座从动齿轮和机械臂底座。静电纺丝材料多样化，静电纺丝产生的纳米纤维丝直径可控制到20nm～20μm，不同的纤维直径可构建出不同网孔度和不同强度的人造血管。控制灵活，整个机械拥有7个自由度，可让纳米纤维按照血管需要的纹路设定静电纺丝碰头相对血管模型的相对位置。进行血管制造采用增量制造方式。

Description

一种三维血管电纺制造装置
技术领域
本发明涉及静电纺丝，尤其是涉及一种三维血管电纺制造装置。
背景技术
静电纺丝是一种新型的微纳米制造技术，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形(即“泰勒锥”)，并从圆锥尖端延展得到可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。人造血管的要求是：物理和化学性能稳定；网孔度适宜；具有一定的强度和柔韧度；作搭桥手术时易缝性好；血管接通放血时不渗血或渗血少且能即刻停止；移入人体后组织反应轻微；人体组织能迅速形成新生的内外膜；不易形成血栓；以及令人满意的远期通畅率。如果将静电纺丝技术应用到人造血管领域上，就可以通过静电纺丝得到物理化学稳定的聚合物纳米纤维(Xu C Y,Inai R,Kotaki M,etal.Aligned biodegradable nanofibrous structure:a potential scaffold for bloodvessel engineering[J].Biomaterials,2004,25(5):877-886.)，纤维再通过控制机械臂和喷头的运动轨迹实现纳米纤维的有序的堆叠，可以很好的控制纤维膜的韧性和孔隙率。这样就可以的到可以满足不同场所的人造血管。
发明内容
本发明的目的在于提供可制造能够满足不同应用需求的人造血管，包括不同尺寸、不同厚度、不同孔隙率和不同材质的一种三维血管电纺制造装置。
本发明设有机器支架、xyz轴驱动电机(伺服电机)、光轴导轨、滚珠丝杆、丝杆螺母导轨滑块、供液槽、注射泵导料管、联轴器、传动齿轮、注射泵、纺丝针头、血管模具、高速直流电机、机械臂垂直转动部分、机械臂垂直方向控制电机(伺服电机)、机械臂水平方向控制电机(伺服电机)、机械臂水平旋转部分、机械臂底座的传动齿轮、机械臂底座从动齿轮和机械臂底座；
所述xyz轴驱动电机(伺服电机)、光轴导轨、滚珠丝杆和丝杆螺母导轨滑块设在机器支架上，所述xyz轴驱动电机与滚珠丝杆经联轴器连接，xyz轴驱动电机带动滚珠丝杆旋转；所述丝杆螺母导轨滑块与滚珠丝杆和光轴导轨连接，在滚珠丝杆的带动下，丝杆螺母导轨滑块沿直线移动；所述传动齿轮由步进电机带动并与安装注射泵的齿轮啮合，控制注射泵的倾斜角；注射泵由xyz轴控制三维空间坐标，由传动齿轮控制旋转角，在静电纺丝制造血管的过程中较好地控制纺丝针头与血管模具的间距和姿态，完成较为复杂的血管模型结构制造；所述注射泵通过注射泵导料管连接供液槽，供液槽中装有有机高分子材料溶液，注射泵的纺丝针头采用高压直流电或交流脉冲电压，注射泵的纺丝针头在高压电场的作用下将有机溶液拉伸产生纤维射流，纤维射流进入空气中逐步固化，并朝电势低的血管模具移动，并被血管模具接收，血管模具接地；
所述高速直流电机与血管模具相连接，高速直流电机的转动带动血管模具的转动，使纳米纤维丝有序缠绕在血管模具上；
所述机械臂垂直转动部分、机械水平旋转部分和机械臂底座构成一个可以水平和垂直旋转的平台，用于调整血管模具的姿态并实现人造血管结构的多样化；
所述机械臂垂直方向控制电机与机械臂垂直转动部分相连接并控制机械臂垂直转动部分的垂直方向旋转；机械臂水平方向控制电机(伺服电机)直接安装在机械臂水平旋转部分并与机械臂底座的传动齿轮直接连接；机械臂底座从动齿轮与机械臂底座呈一体；机械臂底座的传动齿轮与机械臂底座从动齿轮相啮合，当机械臂水平方向控制电机(伺服电机)转动时，可以带动机械臂水平旋转部分转动。
所述xyz轴驱动电机、机械臂垂直方向控制电机和机械臂水平方向控制电机均可采用伺服电机。
所述有机高分子材料溶液可选自PEO、PVDF等中的一种。
所述高压直流电或交流脉冲电压可采用3～20kV。
以下给出本发明的突出优点：
1)静电纺丝材料选择多样化，像PVA，PVDF等高分子聚合物可以容易纺丝。
2)静电纺丝产生的纳米纤维丝直径可以控制到20nm～20μm左右，不同的纤维直径可以构建出不同网孔度和不同强度的人造血管。
3)本发明控制灵活，整个机械拥有7个自由度，可以让纳米纤维按照血管需要的纹路来设定静电纺丝喷头相对血管模型的相对位置。
4)利用本发明进行血管制造采用的是增量制造的方式，可以极大程度地减少材料浪费。
5)本发明制造的血管采用的是层层堆叠的策略，可以灵活地设定每一层血管的堆叠结构和厚度，达到人造血管结构的多样化。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成示意图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，本发明实施例设有机器支架1、xyz轴驱动电机(伺服电机)2、光轴导轨3、滚珠丝杆4、丝杆螺母导轨滑块5、供液槽6、注射泵导料管7、联轴器8、传动齿轮9、注射泵10、纺丝针头11、血管模具12、高速直流电机13、机械臂垂直转动部分14、机械臂垂直方向控制电机(伺服电机)15、机械臂水平方向控制电机(伺服电机)16、机械臂水平旋转部分17、机械臂底座的传动齿轮18、机械臂底座从动齿轮19和机械臂底座20；
所述xyz轴驱动电机(伺服电机)2、光轴导轨3、滚珠丝杆4和丝杆螺母导轨滑块5设在机器支架1上，所述xyz轴驱动电机2与滚珠丝杆4经联轴器连接，xyz轴驱动电机2带动滚珠丝杆4旋转；所述丝杆螺母导轨滑块5与滚珠丝杆4和光轴导轨3连接，在滚珠丝杆4的带动下，丝杆螺母导轨滑块5沿直线移动；所述传动齿轮9由步进电机带动并与安装注射泵10的齿轮啮合，控制注射泵10的倾斜角；注射泵10由xyz轴控制三维空间坐标，由传动齿轮9控制旋转角，在静电纺丝制造血管的过程中较好地控制纺丝针头11与血管模具12的间距和姿态，完成较为复杂的血管模型结构制造；所述注射泵10通过注射泵导料管7连接供液槽6，供液槽6中装有有机高分子材料溶液，所述注射泵10的纺丝针头11采用高压直流电或交流脉冲电压，所述注射泵10的纺丝针头11在高压电场的作用下将有机溶液拉伸产生纤维射流，纤维射流进入空气中逐步固化，并朝电势低的血管模具12移动，并被血管模具12接收，所述血管模具12接地；
所述高速直流电机13与血管模具12相连接，高速直流电机13的转动带动血管模具12的转动，使纳米纤维丝有序缠绕在血管模具12上；
所述机械臂垂直转动部分14、机械水平旋转部分17和机械臂底座20构成一个可以水平和垂直旋转的平台，用于调整血管模具12的姿态并实现人造血管结构的多样化；
所述机械臂垂直方向控制电机15与机械臂垂直转动部分14相连接并控制机械臂垂直转动部分14的垂直方向旋转；机械臂水平方向控制电机(伺服电机)16直接安装在机械臂水平旋转部分17并与机械臂底座的传动齿轮18直接连接；机械臂底座从动齿轮19与机械臂底座20是一体的；机械臂底座的传动齿轮18与机械臂底座从动齿轮19相啮合，当机械臂水平方向控制电机(伺服电机)16转动时可以带动机械臂水平旋转部分17转动。
所述有机高分子材料溶液选自PEO、PVDF中的一种。
所述高压直流电或交流脉冲电压采用3～20kV。

Claims (4)

1.一种三维血管电纺制造装置，其特征在于设有机器支架、xyz轴驱动电机、光轴导轨、滚珠丝杆、丝杆螺母导轨滑块、供液槽、注射泵导料管、联轴器、传动齿轮、注射泵、纺丝针头、血管模具、高速直流电机、机械臂垂直转动部分、机械臂垂直方向控制电机、机械臂水平方向控制电机、机械臂水平旋转部分、机械臂底座的传动齿轮、机械臂底座从动齿轮和机械臂底座；
所述xyz轴驱动电机、光轴导轨、滚珠丝杆和丝杆螺母导轨滑块设在机器支架上，所述xyz轴驱动电机与滚珠丝杆经联轴器连接，xyz轴驱动电机带动滚珠丝杆旋转；所述丝杆螺母导轨滑块与滚珠丝杆和光轴导轨连接，在滚珠丝杆的带动下，丝杆螺母导轨滑块沿直线移动；所述传动齿轮由步进电机带动并与安装注射泵的齿轮啮合，控制注射泵的倾斜角；注射泵由xyz轴控制三维空间坐标，由传动齿轮控制旋转角，在静电纺丝制造血管的过程中控制纺丝针头与血管模具的间距和姿态；所述注射泵通过注射泵导料管连接供液槽，供液槽中装有有机高分子材料溶液，注射泵的纺丝针头采用高压直流电或交流脉冲电压，注射泵的纺丝针头在电场作用下将有机溶液拉伸产生纤维射流，纤维射流进入空气中逐步固化，并朝电势低的血管模具移动，并被血管模具接收，血管模具接地；
所述高速直流电机与血管模具相连接，高速直流电机的转动带动血管模具的转动，使纳米纤维丝有序缠绕在血管模具上；
所述机械臂垂直转动部分、机械水平旋转部分和机械臂底座构成一个水平和垂直旋转的平台，用于调整血管模具的姿态并实现人造血管结构的多样化；
所述机械臂垂直方向控制电机与机械臂垂直转动部分相连接并控制机械臂垂直转动部分的垂直方向旋转；机械臂水平方向控制电机直接安装在机械臂水平旋转部分并与机械臂底座的传动齿轮直接连接；机械臂底座从动齿轮与机械臂底座呈一体；机械臂底座的传动齿轮与机械臂底座从动齿轮相啮合，当机械臂水平方向控制电机转动时，带动机械臂水平旋转部分转动。
2.如权利要求1所述一种三维血管电纺制造装置，其特征在于所述xyz轴驱动电机、机械臂垂直方向控制电机和机械臂水平方向控制电机均采用伺服电机。
3.如权利要求1所述一种三维血管电纺制造装置，其特征在于所述有机高分子材料溶液选自PEO、PVDF中的一种。
4.如权利要求1所述一种三维血管电纺制造装置，其特征在于所述高压直流电或交流脉冲电压采用3～20kV。
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