CN112120829A - 一种人工血管打印机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工血管打印机，包括工作台、用于喷射不同材料的喷嘴装置和用于将喷嘴装置喷射的不同材料制作成血管的血管绕制装置；在所述工作台内设置有底座和用于施加高压静电的高压电源；在所述底座上设置有支撑架和用于驱动所述血管绕制装置旋转的第一驱动装置；所述第一驱动装置与所述血管绕制装置固定连接；所述支撑架与所述喷嘴装置滑动连接；在所述血管绕制装置上设置有用于调整血管直径的调整装置。本申请的人工血管打印机，通过喷嘴装置将不同组分的复合材料喷涂到具备血管直径调整功能的血管绕制装置上，并在喷涂时采用高压电源施加高压静电使其瞬间固化，使得本申请制得的血管具备高弹性，高韧性以及高强度等诸多优点。

Description

一种人工血管打印机

技术领域

本发明涉及人工血管制备技术领域，更具体地说，它涉及一种人工血管打印机。

背景技术

随着3D打印技术的兴起与成熟，其技术的应用价值不断的凸显。在医疗领域，生物3D打印技术已经取得成功，并还在快速的发展。而生物3D打印技术的核心优势在于可采用珍贵、有限的自体干细胞或种子细胞混合生物相容性好的生物材料，实现针对患者移植部位准确、高效、高精度地“复制”或小批量生产高仿生组织或器官，是移植医学和再生医学发展的方向和趋势。

动脉粥样硬化是最常见的心血管疾病，血管壁上大量的粥样斑块的加重了血管的负担并减少血管的血流，从而在动脉引发慢性炎症—动脉粥样硬化。常用的治疗手段是外科血管成形术或者采用人工血管或天然血管进行移植。而天然血管往往比较难得，而人工血管是一个很好的解决办法，通过设计一种可模拟天然血管的血管结构，然后实现人工制造。

目前的人工血管多采用首先制作一个血管绕制管，然后用支架诱导细胞生长成血管的方法来制作。而现有应用的人工血管多为单一材料制成，其单一材料的机械性能使其血管的生物力学性能很难模拟天然血管。根据天然血管的生物力学性能可知，人工血管必须同时具备弹性和韧性两种特性，而这两种特性必定需要不同的材料来实现。并且，人工血管的直径大小也应具有多样性。

因此，如何制备出同时具备弹性和韧性，以及直径具有多样性的人工血管，是本领域人员急需希望解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种人工血管打印机，通过喷嘴装置将不同组分的复合材料喷涂到具备血管直径调整功能的血管绕制装置上，并在喷涂时采用高压电源施加高压静电使其瞬间固化，解决了现有的打印血管弹性不足的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种人工血管打印机，包括工作台、用于喷射不同材料的喷嘴装置和用于将喷嘴装置喷射的不同材料制作成血管的血管绕制装置；在所述工作台内设置有底座和用于施加高压静电的高压电源；在所述底座上设置有支撑架和用于驱动所述血管绕制装置旋转的第一驱动装置；所述第一驱动装置与所述血管绕制装置固定连接；所述支撑架与所述喷嘴装置滑动连接；在所述血管绕制装置上设置有用于调整血管直径的调整装置。

进一步地，在所述支撑架上设置有用于驱动所述喷嘴装置水平移动的第二驱动装置和用于驱动所述喷嘴装置上下移动的第三驱动装置；所述喷嘴装置分别与所述第二驱动装置、第三驱动装置固定连接。

进一步地，所述喷嘴装置包括固定板、安装板和若干喷嘴；在所述支撑架上设置有与所述固定板滑动连接的滑轨；若干所述喷嘴均设置在所述安装板上；所述安装板设置在所述固定板上；所述固定板分别与所述第二驱动装置、第三驱动装置固定连接。

进一步地，所述第二驱动装置包括第二丝杆和用于驱动第二丝杆的第二电机；所述第二电机设置在所述支撑架上；所述第二丝杆的一端与所述支撑架固定连接，另一端与所述第二电机的输出轴固定连接；所述固定板与所述第二丝杆固定连接。

进一步地，所述第三驱动装置包括活动板和用于驱动所述活动板的第三电机；所述活动板与所述固定板滑动连接；所述第三电机的输出轴与所述活动板固定连接。

进一步地，还包括导轨和滑板；所述导轨设置在所述底座上；所述滑板与所述导轨滑动连接；所述血管绕制装置与第一驱动装置均设置在所述滑板上；在所述底座上设置有用于与驱动所述滑板前后移动的第四驱动装置。

进一步地，所述血管绕制装置包括固定架、血管绕制管和两个托板；所述固定架设置在所述滑板上；两个所述托板均与所述固定架滑动连接；所述血管绕制管的一端贯穿其中一个所述托板后与所述固定架连接，另一端贯穿另一个所述托板后与所述固定架连接；所述第一驱动装置与所述血管绕制管的一端固定连接；所述调整机构设置在所述固定架上、且与所述血管绕制管连接。

进一步地，所述调整机构包括两个伸缩座、伸缩丝杆、伸缩电机和传送带；两个所述伸缩座均与所述固定架滑动连接；所述伸缩丝杆分别与两个所述伸缩座滑动连接；所述伸缩丝杆的一端依次贯穿其中一个所述托板和其中一个所述伸缩座后与所述固定架固定连接，另一端依次贯穿另一个所述托板、另一个所述伸缩座和所述固定架；所述伸缩电机与所述伸缩丝杆的另一端通过所述传送带连接。

进一步地，所述第一驱动装置包括第一电机、第一同步带、第二同步带、第三同步带和同步杆；所述同步杆的两端分别贯穿所述固定架；所述同步杆的一端与所述血管绕制管的一端通过所述第一同步带连接；所述同步杆的另一端与所述血管绕制管的另一端通过所述第二同步带连接；所述第一电机与所述血管绕制管的一端通过第三同步带连接。

进一步地，所述第四驱动装置包括安装座、第四电机和移动丝杆；所述安装座和第四电机均设置在所述底座上；所述移动丝杆的一端与所述固定座固定连接，另一端与所述第四电机的输出轴固定连接；所述滑板与所述移动丝杆固定连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

其一，本申请的打印机，通过喷嘴装置将不同组分的高分子复合材料喷涂到具备血管直径调整功能的血管绕制装置上，并在喷涂时时采用高压电源施加高压静电使其瞬间固化，使得本申请制得的血管具备高弹性，高韧性以及高强度等诸多优点，十分接近真实血管。

其二，本申请的打印机，将多种装置均设置在工作台内；能有效避免灰尘积聚在血管绕珠装置的表面，从而使正在打印的血管在绕制时不会被灰尘污染，实用性更高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中工作台的内部结构示意图；

图3是本发明中工作台内另一角度的结构示意图。

图中：1、工作台；2、底座；3、血管绕制装置；31、固定架；32、血管绕制管；33、托板；4、第一驱动装置；41、第一电机；42、第一同步带；43、第二同步带；44、第三同步带；45、同步杆；5、调整装置；51、伸缩座；52、伸缩丝杆；53、伸缩电机；54、传送带；6、喷嘴装置；61、固定板；62、安装板；63、喷嘴；7、第二驱动装置；71、第二丝杆；72、第二电机；8、第三驱动装置；81、活动板；82、第三电机；9、第四驱动装置；91、安装座；92、第四电机；93、移动丝杆；10、导轨；11、滑板；12、滑轨；13、支撑架。

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本申请提供一种人工血管打印机,如图1、图2和图3所示，一种人工血管打印机，包括工作台1、用于喷射不同材料的喷嘴装置6和用于将喷嘴装置6喷射的不同材料制作成血管的血管绕制装置3；在所述工作台1内设置有底座2和用于施加高压静电的高压电源；在所述底座2上设置有支撑架13和用于驱动所述血管绕制装置3旋转的第一驱动装置4；所述第一驱动装置4与所述血管绕制装置3固定连接；所述支撑架13与所述喷嘴装置6滑动连接；在所述血管绕制装置3上设置有用于调整血管直径的调整装置5。

在具体实施过程中，高压电源与外部电源连接，高压电源作用是提供一个高压静电环境，该高压静电场施加于喷嘴装置6和血管绕制装置3之间，在打印血管时，通过该高压电场的作用将喷嘴装置6上的不同材料通过高压放电效应生成纳米级别的丝状物，然后通过第一驱动装置4驱动血管绕制装置3的旋转，将纳米丝绕制在血管绕制装置3上；而调整装置5的设置，可调整调整血管绕制装置3上血管绕制管32的直径，以达到同时具备弹性和韧性，以及直径具有多样性的人工血管，实用性更强。

其中，在申请的技术方案中，高压电源设置在喷嘴装置6和血管绕制装置3之间，可将在喷嘴装置6将不同组分的高分子复合材料喷涂到血管绕制装置3上时，打开高压电源，施加高压静电使其在血管绕制装置3上瞬间固化，使得制得的血管具备弹性和韧性。

进一步地，如图2和图3所示，还包括导轨10和滑板11；所述导轨10设置在所述底座2上；所述滑板11与所述导轨10滑动连接；所述血管绕制装置3与第一驱动装置4均设置在所述滑板11上；在所述底座2上设置有用于与驱动所述滑板11前后移动的第四驱动装置9；所述第四驱动装置9与所述滑板11固定连接。

血管绕制装置3设置在滑板11上，在血管绕制装置3处于放置状态时，第四装置可带动血管绕制装置3往后移动，处于工作台1的内部，减少外界灰尘的污染；在血管绕制装置3处于放置状态时，第四装置可带动血管绕制装置3往前移动，血管绕制装置3从零点移动到工作位置，滑板11和导轨10的配合使用保证了血管绕制装置3的限位和平稳移动。

进一步地，如图2和图3所示，血管绕制装置3包括固定架31、血管绕制管32和两个托板33；所述固定架31设置在所述滑板11上；两个所述托板33均与所述固定架31滑动连接；所述血管绕制管32的一端贯穿其中一个所述托板33后与所述固定架31连接，另一端贯穿另一个所述托板33与所述固定架31连接；所述第一驱动装置4与所述血管绕制管32的一端固定连接；所述调整机构设置在所述固定架31上、且与所述血管绕制管32连接。

固定架31为血管绕制管32提供第一重支撑，两个托板33为血管绕制管32提供第二重支撑，固定架31和托板33的配合使用，能大大提高血管绕制管32在工作时的稳定性能，能有效减少血管绕制管32在第一驱动装置4在驱动下可能产生的晃动。

进一步地，如图2和图3所示，所述调整机构包括两个伸缩座51、伸缩丝杆52、伸缩电机53和传送带54；两个所述伸缩座51均与所述固定架31滑动连接；所述伸缩丝杆52分别与两个所述伸缩座51滑动连接；所述伸缩丝杆52的一端依次贯穿其中一个所述托板33和其中一个所述伸缩座51后与所述固定架31固定连接，另一端依次贯穿另一个所述托板33、另一个所述伸缩座51和所述固定架31；所述伸缩电机53与所述伸缩丝杆52的另一端通过所述传送带54连接。

当需要调整血管绕制管32的直径时，通过驱动伸缩电机53转动，伸缩电机53驱动伸缩丝杆52转动，伸缩丝杆52带动与其连接的伸缩座51滑动，伸缩座51推动托板的伸缩来调节血管绕制管32的直径；两个托板33与固定架31滑动连接，能有效提高托板在伸缩丝杆52驱动下的移动速度，有利于提高工作效率。

传送带54带动伸缩电机53与伸缩丝杆52的传动，能优化其传动效果，保证本申请的打印机具有优化的运行效果和优越的功能，同时使得本申请的打印机具有传动平稳、缓冲、减振、低噪音的优点。

两个伸缩座51在静置状态时，也能为血管绕制管32提供稳定的支撑力，两个伸缩座51、固定架31和托板33的配合使用，能进一步提高血管绕制管32在工作时的稳定性能。

进一步地，如图2和图3所示，所述第一驱动装置4包括第一电机41、第一同步带42、第二同步带43、第三同步带44和同步杆45；所述同步杆45的两端分别贯穿所述固定架31；所述同步杆45的一端与所述血管绕制管32的一端通过所述第一同步带42连接；所述同步杆45的另一端与所述血管绕制管32的另一端通过所述第二同步带43连接；所述第一电机41与所述血管绕制管32的一端通过第三同步带44连接。

通过第一电机41、第一同步带42、第二同步带43、第三同步带44和同步杆45的配合使用，能保持血管绕制管32在转动时的稳定性，使得制作得到的血管的质量更高。第一同步带42和第二同步带43在带动同步杆45和血管绕制管32传动时，不会产生任何污染，可以满足本申请对清洁度要求较高的目的；第一同步带42和第二同步带43以及第三同步带44和同步杆45能优化传动效果，保证本申请的打印机具有优良的运行效果和优越的功能，同时使得本申请的打印机具有传动平稳、缓冲、减振、低噪音的优点。

进一步地，如图2和图3所示，所述第四驱动装置9包括安装座91、第四电机92和移动丝杆93；所述安装座91和第四电机92均设置在所述底座2上；所述移动丝杆93的一端与所述固定座固定连接，另一端与所述第四电机92的输出轴固定连接；所述滑板11与所述移动丝杆93固定连接。

通过启动第四电机92，第四电机92驱动移动丝杆93转动，移动丝杆93带动滑板11沿导轨10滑动，带动血管绕制装置3从零点移动到工作位置；安装座91作为固定件，为移动丝杆93工作时提供稳定的支撑力，减少移动丝杆93在工作时的晃动，保证血管绕制装置3的平稳移动。

进一步地，如图2和图3所示，在所述支撑架13上设置有用于驱动所述喷嘴装置6水平移动的第二驱动装置7和用于驱动所述喷嘴装置6上下移动的第三驱动装置8；所述喷嘴装置6分别与所述第二驱动装置7、第三驱动装置8固定连接。

在进行血管打印时，第二驱动装置7可驱动喷嘴装置6沿水平方向移动，在血管绕制管32上进行喷射，同时血管绕制管32在第一电机41的驱动下做旋转运动，达到全方面喷射的效果；喷嘴装置6与血管绕制管32形成“悬臂梁”式结构，并且通过第三驱动装置8可在支撑架13的调节喷嘴装置6与血管绕制管32的相对高度，可用于控制高压静电的放电距离；方便工作人员根据实际情况进行调整。

进一步地，如图2和图3所示，所述喷嘴装置6包括固定板61、安装板62和若干喷嘴63；在所述支撑架13上设置有与所述固定板61滑动连接的滑轨12；若干所述喷嘴63均设置在所述安装板62上；所述安装板62设置在所述固定板61上；所述固定板61分别与所述第二驱动装置7、第三驱动装置8固定连接。

若干喷嘴63上分别安装有不同的高分子复合材料，在第二驱动装置7的驱动下，固定板61可沿滑轨12进行滑动，当打印过程中换料时，血管绕制管32停止转动，工作人员切换喷射材料，换料完成后，再驱动第二驱动装置7，带动固定板61和喷嘴63重复上述的材料层打印过程，如此，便可打印出多层不同材料混合的人工血管。

本申请的喷嘴63，可采用现有的点胶机，可将流体材料点滴、涂覆于血管绕制管上，可实现三维、四维路径点胶，精确定位，精准控胶，不拉丝，不漏胶，不滴胶，具有更好的喷涂效果。

进一步地，如图2和图3所示，所述第二驱动装置7包括第二丝杆71和用于驱动第二丝杆71的第二电机72；所述第二电机72设置在所述支撑架13上；所述第二丝杆71的一端与所述支撑架13固定连接，另一端与所述第二电机72的输出轴固定连接；所述固定板61与所述第二丝杆71固定连接。

通过启动第二电机72，第二电机72驱动第二丝杆71转动，第二丝杆71带动固定板61沿滑轨12滑动，带动喷嘴装置6沿血管绕制管32水平方向移动并保持喷射工作；第二丝杆71与滑轨12的配合，能有效提高固定板61的滑动时的平稳性。

进一步地，如图2和图3所示，所述第三驱动装置8包括活动板81和用于驱动所述活动板81的第三电机82；所述活动板81与所述固定板61滑动连接；所述第三电机82的输出轴与所述活动板81固定连接。

通过启动第三电机82，第三电机82驱动活动板81滑动，活动板81带动沿支撑架13固定板61上下滑动，带动喷嘴装置6沿血管绕制管32竖直方向移动并保持喷射工作；可调节喷嘴装置6与血管绕制管32的相对高度，可用于控制高压静电的放电距离；方便工作人员根据实际情况进行调整。

本申请的打印机，通过喷嘴装置6将不同组分的高分子复合材料喷涂到具备血管直径调整功能的血管绕制装置3上，并在喷涂时时采用高压电源施加高压静电使其瞬间固化，使得本申请制得的血管具备高弹性，高韧性以及高强度等诸多优点，十分接近真实血管。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种人工血管打印机，其特征在于，包括工作台、用于喷射不同材料的喷嘴装置和用于将喷嘴装置喷射的不同材料制作成血管的血管绕制装置；在所述工作台内设置有底座和用于施加高压静电的高压电源；在所述底座上设置有支撑架和用于驱动所述血管绕制装置旋转的第一驱动装置；所述第一驱动装置与所述血管绕制装置固定连接；所述支撑架与所述喷嘴装置滑动连接；在所述血管绕制装置上设置有用于调整血管直径的调整装置。

2.根据权利要求1所述的人工血管打印机，其特征在于，在所述支撑架上设置有用于驱动所述喷嘴装置水平移动的第二驱动装置和用于驱动所述喷嘴装置上下移动的第三驱动装置；所述喷嘴装置分别与所述第二驱动装置、第三驱动装置固定连接。

3.根据权利要求2所述的人工血管打印机，其特征在于，所述喷嘴装置包括固定板、安装板和若干喷嘴；在所述支撑架上设置有与所述固定板滑动连接的滑轨；若干所述喷嘴均设置在所述安装板上；所述安装板设置在所述固定板上；所述固定板分别与所述第二驱动装置、第三驱动装置固定连接。

4.根据权利要求3所述的人工血管打印机，其特征在于，所述第二驱动装置包括第二丝杆和用于驱动第二丝杆的第二电机；所述第二电机设置在所述支撑架上；所述第二丝杆的一端与所述支撑架固定连接，另一端与所述第二电机的输出轴固定连接；所述固定板与所述第二丝杆固定连接。

5.根据权利要求3所述的人工血管打印机，其特征在于，所述第三驱动装置包括活动板和用于驱动所述活动板的第三电机；所述活动板与所述固定板滑动连接；所述第三电机的输出轴与所述活动板固定连接。

6.根据权利要求1所述的人工血管打印机，其特征在于，还包括导轨和滑板；所述导轨设置在所述底座上；所述滑板与所述导轨滑动连接；所述血管绕制装置与第一驱动装置均设置在所述滑板上；在所述底座上设置有用于与驱动所述滑板前后移动的第四驱动装置。

7.根据权利要求6所述的人工血管打印机，其特征在于，所述血管绕制装置包括固定架、血管绕制管和两个托板；所述固定架设置在所述滑板上；两个所述托板均与所述固定架滑动连接；所述血管绕制管的一端贯穿其中一个所述托板后与所述固定架连接，另一端贯穿另一个所述托板后与所述固定架连接；所述第一驱动装置与所述血管绕制管的一端固定连接；所述调整机构设置在所述固定架上、且与所述血管绕制管连接。

8.根据权利要求7所述的人工血管打印机，其特征在于，所述调整机构包括两个伸缩座、伸缩丝杆、伸缩电机和传送带；两个所述伸缩座均与所述固定架滑动连接；所述伸缩丝杆分别与两个所述伸缩座滑动连接；所述伸缩丝杆的一端依次贯穿其中一个所述托板和其中一个所述伸缩座后与所述固定架固定连接，另一端依次贯穿另一个所述托板、另一个所述伸缩座和所述固定架；所述伸缩电机与所述伸缩丝杆的另一端通过所述传送带连接。

9.根据权利要求7所述的人工血管打印机，其特征在于，所述第一驱动装置包括第一电机、第一同步带、第二同步带、第三同步带和同步杆；所述同步杆的两端分别贯穿所述固定架；所述同步杆的一端与所述血管绕制管的一端通过所述第一同步带连接；所述同步杆的另一端与所述血管绕制管的另一端通过所述第二同步带连接；所述第一电机与所述血管绕制管的一端通过第三同步带连接。

10.根据权利要求6所述的人工血管打印机，其特征在于，所述第四驱动装置包括安装座、第四电机和移动丝杆；所述安装座和第四电机均设置在所述底座上；所述移动丝杆的一端与所述固定座固定连接，另一端与所述第四电机的输出轴固定连接；所述滑板与所述移动丝杆固定连接。

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