CN113679506A - 一种3d打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，提出了一种快速、便捷、简易、低成本、适用多种生物材料的制备内壁微图案、侧壁无缝的一体化神经导管制备方法；其包括打印装置的搭建和墨水配置、打印及交联；该方法依托直接书写式3D打印系统，将“墨水”直接打印在具有微图案结构的钨钢棒上，交联固化后直接取下。与传统工艺相比，该方法不但具有同样精细度的微图案结构和无缝侧壁，并且操作简单、制备快速，设备一次搭建便可一直重复使用。本方法基于3D打印技术提出了一种快速、便捷、简易、低成本、适用多种生物材料的制备内壁微图案、侧壁无缝的一体化神经导管制备方法。

Description

一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法。
背景技术
周围神经损伤是一种常见的疾病，会导致患者支配区运动、感觉障碍，在日常生活和心理健康等方面带来极大的负面影响。虽然周围神经具有一定的自我修复能力，但由于肿瘤、外伤等原因造成的长距离神经缺损则必须通过其他手段进行干预治疗。目前，自体神经移植是周围神经再生的“金标准”，但是该方法会面临供体严重不足、供体部位会造成不可避免的继发性损害等问题。因此，人工神经修复导管成为了现代医学研究的热点。
理想的神经导管能够提供足够的机械强度，在受损的神经末梢之间充当桥梁。一方面可以防止周围组织的侵入；另一方面可以使受损神经延导管的方向再生，为神经再生提供支持和营养。其中，如何引导神经细胞定向迁移是最重要的问题。以往研究表明，生物材料支架的表面微图案结构(沟槽结构)可以诱导细胞定向迁移从而诱导组织快速生长，目前，该方法已成功应用于皮肤、肌肉等组织的修复。平面微图案结构(沟槽结构)构建方法简单，但神经是三维组织，这大大增加了微图案结构(沟槽结构)的制备工艺难度从而限制了该结构在神经导管的应用。目前，大量的研究都是先制备平面微图案结构(沟槽结构)，然后通过曲卷方式形成圆筒，再把圆筒的边缘进行缝合等密封处理。尽管如此，导管侧壁的缝线和缝合凹陷可能会导致炎症反应，在缝合部位也可能发生营养渗漏或轴突外生，进而导致植入失败。而侧壁无缝的神经导管制备方法则需要进行多次的刻蚀、铸模、灌注、成型、再铸模、再灌注等过程，每一个过程都要保证准确性，这大大增加了加工的步骤和复杂程度。
为了避免多次加工繁琐的步骤和复杂的过程，又要防止侧壁的渗漏带来的植入失败，开发一种简易制备内壁微图案、侧壁无缝的一体化神经导管制备技术迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，提出了一种快速、便捷、简易、低成本、适用多种生物材料的制备内壁微图案、侧壁无缝的一体化神经导管制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：打印装置的搭建，所述打印装置包括底板1，所述底板1上安装有印墨装置、移动装置、支撑板16和紫外光固化灯17，所述移动装置安装在印墨装置的下方；所述印墨装置包括固定在底板1上的第一立柱2，所述第一立柱2的上部通过连接块3连接有横杆4，所述横杆4的右端安装有料筒5，所述料筒5的底部安装有针头6；所述移动装置包括安装在底板1上的第一步进电机7和固定块9，所述第一步进电机7的输出轴上连接有螺旋杆10，所述螺旋杆10的另一端通过轴承与固定块9连接，所述螺旋杆10的中部螺纹连接有滑动块8，所述第一步进电机7与固定块9之间固定连接有两根导向杆11，两根所述导向杆11位于螺旋杆10的两侧，两根所述导向杆11与滑动块8之间为间隙连接，所述滑动块8的上表面固定连接有移动平台12，所述移动平台12的上表面固定连接有第二立柱13，所述第二立柱13的顶部安装有第二步进电机14，所述第二步进电机14的输出轴上安装有钨钢棒15，所述钨钢棒15的另一端插入支撑板16，所述紫外光固化灯17放置在移动装置两侧；
步骤二：墨水配置、打印及交联，将甲基丙烯酸酰化明胶、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇等一种或几种配置成一定浓度的打印墨水，采用真空辅助方式排出打印墨水中的气体，然后将配置好的打印墨水装入打印料筒中，通过调节推进器的气压使打印墨水挤出针头；通过第二步进电机14使钨钢棒15延中轴线自转，通过第一步进电机7使移动平台12匀速横向移动，通过调节三者数值，使得生物墨水均匀打印在钨钢棒15上；若打印墨水为甲基丙烯酸酰化明胶等需在紫外光条件下进行交联，则在打印过程中打开两侧的紫外光固化灯，若需要其他条件交联，则将钨钢棒取下，置于其他交联环境。
优选的，在步骤一中，所述钨钢棒15的直径为1-3mm，所述钨钢棒15表面进行微图案结构(沟槽结构)化处理。
优选的，在步骤一中，所述钨钢棒15位于两个紫外光固化灯17的光路上。
优选的，在步骤一中，所述第一步进电机7(伺服电机)带动螺旋杆10旋转，从而使移动平台12被滑动块8带动做横向移动。
优选的，在步骤一中，所述第二步进电机14(伺服电机)带动钨钢棒15旋转。
优选的，在步骤一中，所述料筒5与推进器相连，使墨水在推进器压力下通过针头6均匀分布在钨钢棒15上。
本发明的有益效果在于：该方法依托直接书写式3D打印系统，将“墨水”直接打印在具有微图案结构(沟槽结构)的钨钢棒上，交联固化后直接取下。与传统工艺相比，该方法不但具有同样精细度的微图案结构(沟槽结构)和无缝侧壁，并且操作简单、制备快速，设备一次搭建便可一直重复使用。本方法基于3D打印技术提出了一种快速、便捷、简易、低成本、适用多种生物材料的制备内壁微图案、侧壁无缝的一体化神经导管制备方法。
附图说明
图1为本发明的3D打印内壁微图案化神经导管的制备流程图；
图2为本发明的打印装置的结构示意图；
图3为本发明的微图案(槽沟结构)加工后钨钢棒的扫描电镜图；
图4为本发明的3D打印海藻酸钙神经导管宏图片及内壁微图案(槽沟结构)图。
图中所示：底板1，第一立柱2，连接块3，横杆4，料筒5，针头6，第一步进电机7，滑动块8，固定块9，螺旋杆10，导向杆11，移动平台12，第二立柱13，第二步进电机14，钨钢棒15，支撑板16，紫外光固化灯17。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于，如图1所示，包括如下步骤：
步骤一：打印装置的搭建，如图2所示，所述打印装置包括底板1，所述底板1上安装有印墨装置、移动装置、支撑板16和紫外光固化灯17，所述移动装置安装在印墨装置的下方；所述印墨装置包括固定在底板1上的第一立柱2，所述第一立柱2的上部通过连接块3连接有横杆4，所述横杆4的右端安装有料筒5，所述料筒5的底部安装有针头6；所述移动装置包括安装在底板1上的第一步进电机7和固定块9，所述第一步进电机7的输出轴上连接有螺旋杆10，所述螺旋杆10的另一端通过轴承与固定块9连接，所述螺旋杆10的中部螺纹连接有滑动块8，所述第一步进电机7与固定块9之间固定连接有两根导向杆11，两根所述导向杆11位于螺旋杆10的两侧，两根所述导向杆11与滑动块8之间为间隙连接，所述滑动块8的上表面固定连接有移动平台12，所述移动平台12的上表面固定连接有第二立柱13，所述第二立柱13的顶部安装有第二步进电机14，所述第二步进电机14的输出轴上安装有钨钢棒15，所述钨钢棒15的另一端插入支撑板16，所述紫外光固化灯17放置在移动装置两侧；
步骤二：墨水配置、打印及交联，将甲基丙烯酸酰化明胶、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇等一种或几种配置成一定浓度的打印墨水，采用真空辅助方式排出打印墨水中的气体，然后将配置好的打印墨水装入打印料筒中，通过调节推进器的气压使打印墨水挤出针头；通过第二步进电机14使钨钢棒15延中轴线自转，通过第一步进电机7使移动平台12匀速横向移动，通过调节三者数值，使得生物墨水均匀打印在钨钢棒15上；若打印墨水为甲基丙烯酸酰化明胶等需在紫外光条件下进行交联，则在打印过程中打开两侧的紫外光固化灯，若需要其他条件交联，则将钨钢棒取下，置于其他交联环境。
优选的，在步骤一中，如图3所示，所述钨钢棒15的直径为1-3mm，所述钨钢棒15表面进行微图案结构(沟槽结构)化处理。
优选的，在步骤一中，所述钨钢棒15位于两个紫外光固化灯17的光路上。
优选的，在步骤一中，所述第一步进电机7(伺服电机)带动螺旋杆10旋转，从而使移动平台12被滑动块8带动做横向移动。
优选的，在步骤一中，所述第二步进电机14(伺服电机)带动钨钢棒15旋转。
优选的，在步骤一中，所述料筒5与推进器相连，使墨水在推进器压力下通过针头6均匀分布在钨钢棒15上。
实施例2
如图4所示，图4(a)为3D打印海藻酸钙神经导管宏图片，图4(b)为3D打印海藻酸钙神经导管的内壁微图案(槽沟结构)图。
以海藻酸钠打印墨水为例：将海藻酸钠配置成生物墨水(浓度100—300mg/mL)，打印后置于10-1000mg/mL的CaCl2溶液中浸泡1-24h，保证充分交联，再将样品置于去离子水中1-36h，去除多余的CaCl2，将样品取下，即为内壁微图案、侧壁无缝的一体化海藻酸钙神经导管。
本发明搭载了直接书写式3D打印内壁微图案的神经导管设备，适用于多种生物水凝胶，一步成型内壁微图案(沟槽结构)的神经导管，推动了神经导管结构化设计的发展。该方法摆脱了平面雕刻的缺陷，利用直接书写式3D打印系统，实现了材料、结构、功能一体化设计。本发明简化了以前制备方法冗杂繁多的制备工艺，适用于多种生物水凝胶，降低了生产成本，适合内壁微图案化(沟槽结构)神经导管的大规模实用化推广，有着巨大的应用价值。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：打印装置的搭建，所述打印装置包括底板(1)，所述底板(1)上安装有印墨装置、移动装置、支撑板(16)和紫外光固化灯(17)，所述移动装置安装在印墨装置的下方；所述印墨装置包括固定在底板(1)上的第一立柱(2)，所述第一立柱(2)的上部通过连接块(3)连接有横杆(4)，所述横杆(4)的右端安装有料筒(5)，所述料筒(5)的底部安装有针头(6)；所述移动装置包括安装在底板(1)上的第一步进电机(7)和固定块(9)，所述第一步进电机(7)的输出轴上连接有螺旋杆(10)，所述螺旋杆(10)的另一端通过轴承与固定块(9)连接，所述螺旋杆(10)的中部螺纹连接有滑动块(8)，所述第一步进电机(7)与固定块(9)之间固定连接有两根导向杆(11)，两根所述导向杆(11)位于螺旋杆(10)的两侧，两根所述导向杆(11)与滑动块(8)之间为间隙连接，所述滑动块(8)的上表面固定连接有移动平台(12)，所述移动平台(12)的上表面固定连接有第二立柱(13)，所述第二立柱(13)的顶部安装有第二步进电机(14)，所述第二步进电机(14)的输出轴上安装有钨钢棒(15)，所述钨钢棒(15)的另一端插入支撑板(16)，所述紫外光固化灯(17)放置在移动装置两侧；
步骤二：墨水配置、打印及交联，将甲基丙烯酸酰化明胶、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇等一种或几种配置成一定浓度的打印墨水，采用真空辅助方式排出打印墨水中的气体，然后将配置好的打印墨水装入打印料筒中，通过调节推进器的气压使打印墨水挤出针头；通过第二步进电机(14)使钨钢棒(15)延中轴线自转，通过第一步进电机(7)使移动平台(12)匀速横向移动，通过调节三者数值，使得生物墨水均匀打印在钨钢棒(15)上；若打印墨水为甲基丙烯酸酰化明胶等需在紫外光条件下进行交联，则在打印过程中打开两侧的紫外光固化灯，若需要其他条件交联，则将钨钢棒取下，置于其他交联环境。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述钨钢棒(15)的直径为1-3mm，所述钨钢棒(15)表面进行微图案结构化处理。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述钨钢棒(15)位于两个紫外光固化灯(17)的光路上。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述第一步进电机7)带动螺旋杆(10)旋转，从而使移动平台(12)被滑动块(8)带动做横向移动。
5.根据权利要求1所述的一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述第二步进电机(14)带动钨钢棒(15)旋转。
6.根据权利要求1所述的一种3D打印内壁微图案化神经导管的简易制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述料筒(5)与推进器相连，使墨水在推进器压力下通过针头(6)均匀分布在钨钢棒(15)上。
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