CN112869914A - 一种便携式在体生物3d打印系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式在体生物3D打印系统，包括机箱、生物储存仓和打印装置；所述生物储存仓和打印装置均集成于机箱内,所述机箱上设有可与地面接触的移动件。本发明通过生物储存仓和打印装置均集成于机箱内和移动件的设置，使得在野外环境中，将机箱移动到需求者面前，使用起来更加的方便快捷，适应性更高，使得咋野外恶劣环境下能及时对突发性伤员的伤口进行及时的清创，为伤员的后续治疗及恢复提供有效帮助。

Description

一种便携式在体生物3D打印系统

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种便携式在体生物3D打印系统。

背景技术

在现代的抗险救灾中，各种火灾、地震、爆炸等自然灾害，会对受灾人员皮肤造成严重破损伤害，且发生数量均呈增长趋势。目前我国存在大量的皮肤移植供体缺口，每年有超过1000万人由于烧烫伤、交通事故、糖尿病等原因造成不同程度的皮肤缺损，以皮肤移植的方式进行伤口修复的需求十分巨大。皮肤受到严重破损后若不及时进行妥善治疗，对伤员的未来生活会造成巨大影响。遭受三度烧伤或严重感染的深二度烧伤后，由于无残存上皮或上皮被毁，创面只能由创缘的上皮扩展覆盖。如果创面较大(大于2cm×2cm)，不经植皮一般难自愈或愈合后瘢痕较多、易发生挛缩，影响功能和外观；而大于4cm²的伤口则完全无法自行愈合。爆炸型损伤将造成更大面积的创伤，创面发生水肿、出血等严重后果，且极易发生感染。目前，难以自愈的皮肤创伤是医疗面临的主要难题，该类型创伤不足以致命，但是在野外恶劣的环境中，医疗资源匮乏，伤员很难得到及时的专业医学护理，很容易发生伤口感染、失血性休克等隐患，重者可能面临截肢风险。

近年来，3D打印技术发展迅速，由于可以满足个性化、小批量、大规模的医疗需求，在医学领域取得了广泛的应用，包括创面移植、假体器件、医疗设备、器官打印、药物模型等。生物3D打印是基于增材制造的原理，以活细胞及生物材料的基本成型单元，设计制造具有生物活性的人体器官组织或生物三维结构的技术，是一项具有交叉性和前沿性的新兴技术。3D打印由于其自由程度高、可量身定制的特点，受到各个国家和广大科研人员的关注，被认为是一个能够推进和加速组织再生医学领域的一个新手段。

发明内容

本发明的目的是解决现阶段人体皮肤创伤需求巨大，野外环境中创面修复困难，同时生物3D打印设备结构复杂、体积巨大、移动不便等问题。

针对上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种便携式在体生物3D打印系统，包括机箱、生物储存仓和打印装置；所述生物储存仓和打印装置均集成于机箱内,所述机箱上设有可与地面接触的移动件。

进一步细说，所述机箱上设有第一翻板和第二翻板，所述第一翻板和第二翻板均于机箱活动连接。

进一步细说，所述打印装置包括机械臂和设于机械臂上的打印喷头。

进一步细说，所述打印喷头包括安装架、设于安装架上的螺杆、可沿螺杆上下移动的滑块，所述安装架上设有可驱动螺杆转动的第一驱动件。

进一步细说，所述螺杆的末端外套设有料筒，该料筒外套设有保温筒。

更进一步细说，所述保温筒上设有针头，所述针头通过连接件与保温筒相连。

更进一步细说，所述机械臂上设有三维扫描装置。

更进一步细说，所述机箱上设有处理器显示屏和散热器，所述机箱的底部设有拉杆，该拉杆通过第二驱动件进行启动。

进一步细说，所述生物储存仓内设有分隔件，该分隔件将生物储存仓分为冷仓和热仓。

进一步细说，所述冷仓上设有至少三个冷泵，所述热仓上设有至少三个热泵。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1.通过生物储存仓和打印装置均集成于机箱内和移动件的设置，使得在野外环境中，将机箱移动到需求者面前，使用起来更加的方便快捷，适应性更高，使得咋野外恶劣环境下能及时对突发性伤员的伤口进行及时的清创，为伤员的后续治疗及恢复提供有效帮助。

2.通过冷仓和热仓的设置，实现冷仓与热仓与外部环境的热量交换，保证生物储存仓内的环境温度恒定，以实现生物细胞和生物材料的便捷保存。

3.通过打印装置的设置，可以实现任何角度对伤员的伤口进行信息采集并传输给信息处理器上，以完成对上的三维建模并生成打印路径。

4.通过设置保温筒，可以保证打印过程中，打印物料的温度保持不变，确保打印的生物一致性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明整体结构后视图。

图3为本发明打印喷头结构图与剖视图。

图4为本发明运动示意图。

具体实施方式

如图1和4所示，在一些实施例中，一种便携式在体生物3D打印系统，包括机箱1、生物储存仓和打印装置，所述生物储存仓和打印装置均集成于机箱1内,该机箱1可方便进行移动，需要时，可将机箱1挪移到患者面前即可；该生物储存仓里面装有细胞与生物材料，供患者使用，所述机箱1上设有可与地面接触的移动件2，该移动件2为现有技术，为市面上可购买到的万向轮设置，通过万向轮的设置，可带动机箱1进行随意的移动，使用起来更为的方便快捷，适应性更高，使得咋野外恶劣环境下能及时对突发性伤员的伤口进行及时的清创，为伤员的后续治疗及恢复提供有效帮助。

如图1所示，在一些实施例中，所述机箱1上设有第一翻板5和第二翻板7，所述第一翻板5和第二翻板7均于机箱1活动连接，该活动连接可采用铰链连接的方式，当需要对患者进行伤口处理时，机箱1整体翻动，将移动件2离开地面，这时机箱1处于不可移动的状态，再将第一翻板5和第二翻板7进行翻动打开，患者的的伤口部位在固定在第一翻板5上，该第二翻板7可形成置物台。

如图1和3所示，在一些实施例中，所述打印装置包括机械臂8和设于机械臂8上的打印喷头；该机械臂8为现有技术，可进行多角度的旋转，在此不再赘述，机械臂8带动打印喷头根据伤口情况进行多角度旋转，然后打印喷头在对伤口进行处理，该打印喷头可更换雾化喷头，可以对伤口创面进行清洗和消毒。

如图1和3所示，在一些实施例中，所述打印喷头包括安装架19、螺杆28及滑块；所述螺杆28两端分别嵌入安装架19内部，该螺杆28在安装架19内进行旋转；所述滑块套设于螺杆28外部，滑块可在螺杆28外部进行向上或向下移动，所述安装架19上设有可驱动螺杆28转动的第一驱动件18，第一驱动件18为现有技术，为市面上可购买到的电机设置。

如图1和3所示，在一些实施例中，所述螺杆28的末端外套设有料筒26，该料筒26外套设有保温筒22，该料筒26内可先装入清洗液与消毒水，对患者伤口进行清洗与消毒，再次装入细胞与生物材料，配成生物墨水，对患者进行伤口的处理，具体的，该保温筒22可装有温度传感器，可以检测到保温筒22内的实时温度，确保生物材料处于适宜打印的温度范围，料筒26可采用金属结构设计，可以承受更大的挤出压力，保证高粘度材料的挤出需求，同时传热性能更好，可以更好的保持生物墨水的温度恒定；通过设置保温筒22，可以保证打印过程中，打印物料的温度保持不变，确保打印的生物一致性。

如图1和3所示，在一些实施例中，所述保温筒22上设有针头24，所述针头24通过连接件25与保温筒22相连，连接件25为针头24外部设有螺纹，保温筒22外部设有与针头24相配合的螺纹，连接件25采用的是螺纹连接，使得方便安装与拆卸，当其中一个零件发生损坏时，可对损坏的零件进行单独更换即可，减少资源的浪费，该针头24直接与患者的伤口接触。

如图1所示，在一些实施例中，所述机械臂8上设有三维扫描装置9，该三维扫描装置9由三维扫描摄像头与旋转舵机组成，旋转舵机安装在所述机械臂8末端，三维扫描摄像头通过连接构件与所述旋转舵机相连，三维扫描摄像头可以通过旋转舵机沿着Z轴360度自由转动，同时可以改变不同的俯仰角，实现从不同的角度对在体打印模型进行信息获取,每隔一定角度拍摄一张照片，该扫描时，可装有照明设备，可以保证光线不良的情况下对待测物体的拍摄过程，当进行三维扫描装置9进行时，可以对打印装置进行实时监控并显示到处理器上。

如图1所示，在一些实施例中，所述机箱1上设有处理器显示屏3和散热器4，该散热器4对工作状态下的处理器进行散热处理，所述机箱1的底部设有拉杆6，该拉杆6通过第二驱动件18进行启动，该第二驱动件18为现有技术，为市面上可购买到的步进电机设置,步进电机驱动移动件2进行移动，具体的，该摄像头将照片传输到处理器中，处理器利用照片计算生成伤口的三维模型并得到打印路径。

如图2所示，在一些实施例中，所述生物储存仓内设有分隔件，该分隔件将生物储存仓分为冷仓13和热仓15，该分隔件为采用导热性能较弱的材料，可以实现冷仓13与热仓15之间的热量交换。

如图2所示，在一些实施例中，所述冷仓13上设有至少三个冷泵12，所述热仓15上设有至少三个热泵17，该三个泵分别固连于冷仓13与热仓15的3条边上，其中一个热泵17和冷泵12为相对设置，处于中间的一个，其余两个分别位于中间一个的左右两侧设置，相对的冷泵12和热泵17可以实现冷仓13与热仓15之间的热量交换，左右两侧的冷泵12与热泵17分别实现冷仓13、热仓15与外部环境的热量交换，冷热泵17通过导线与电控单元进行连接，以实现对冷热泵17的分别控制。

本发明的具体操作过程如下：打印开始前，先将机箱1进行翻转，使得移动件2不与地面相接触，将第一翻板5和第二翻板7进行打开，患者将伤口固定在第一翻板5上；

启动打印机，开始标定程序，对打印机的喷头位置和打印方向进行标定，再将打印装置换上雾化喷头，在料筒26中装入清洗液与消毒液，对伤口部位进行喷洒，实现伤口的清洗与消毒；

启动打印记得扫描程序，机械臂8带动摄像头在伤口上方做圆周运动，摄像头可以通过旋转舵机沿着Z轴360度自由转动，同时可以改变不同的俯仰角，实现从不同的角度对在体打印模型进行信息获取，每隔一定角度拍摄一张照片。摄像头将照片传输到处理器中，处理器利用照片计算生成伤口的三维模型并得到打印路径；

从生物材料储存仓中取出细胞与生物材料，配置成生物墨水，储存仓中可以分别提供低温和高温的恒温环境，保证细胞和生物材料的活性；

拆下打印喷头的料筒26，置入生物墨水，然后将料筒26装入保温筒22中；

打开保温筒22的开关，设定目标温度，保温筒22内装有温度传感器，可以监测保温筒22内的实时温度；

启动机械臂88打印程序，打印机按照处理器生成的打印路径开始进行挤出打印，完成伤口的打印修复过程，同时，扫描摄像头可以拍摄打印过程并显示到操作显示屏上，实现打印过程的实时监控；

打印完成后，打印装置自动回到零点，取下物料筒26，再将第一翻板5和第二翻板7进行翻动，回到初始转台即可。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种便携式在体生物3D打印系统，包括机箱1、生物储存仓和打印装置；其特征在于：所述生物储存仓和打印装置均集成于机箱1内,所述机箱1上设有可与地面接触的移动件2。

2.根据权利要求1所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于：所述机箱1上设有第一翻板5和第二翻板7，所述第一翻板5和第二翻板7均于机箱1活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于：所述打印装置包括机械臂8和设于机械臂8上的打印喷头。

4.根据权利要求3所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于：所述打印喷头包括安装架19、设于安装架19上的螺杆28、可沿螺杆28上下移动的滑块，所述安装架19上设有可驱动螺杆28转动的第一驱动件18。

5.根据权利要求4所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于：所述螺杆28的末端外套设有料筒26，该料筒26外套设有保温筒22。

6.根据权利要求5所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于：所述保温筒22上设有针头24，所述针头24通过连接件25与保温筒22相连。

7.根据权利要求3所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于:所述机械臂8上设有三维扫描装置9。

8.根据权利要求1所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于:所述机箱1上设有处理器显示屏3和散热器4，所述机箱1的底部设有拉杆6，该拉杆6上设有驱动移动件2驱动的第二驱动件18。

9.根据权利要求1所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于:所述生物储存仓内设有分隔件，该分隔件将生物储存仓分为冷仓13和热仓15。

10.根据权利要求9所述的一种便携式在体生物3D打印系统，其特征在于：所述冷仓13上设有至少三个冷泵12，所述热仓15上设有至少三个热泵17。

Images