CN210140590U - 一种结合中空纤维的细胞打印装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种结合中空纤维的细胞打印装置。一种结合中空纤维的细胞打印装置，其中，包括外筒和储液筒，储液筒用于盛装混合有细胞的水凝胶溶液，所述外筒底部设有第一喷头，所述储液筒底部通过管路与所述第一喷头连通，所述外筒内部，在所述第一喷头的上方设有用于产生中空纤维的第二喷头，所述外筒上设有与所述第二喷头连通的电纺溶液入口。本实用新型可以实现打印的含细胞微丝中结合中空纤维，这些中空纤维具有微孔结构，模拟毛细血管及其虹吸效应可以为打印微丝内部的细胞供给充足的营养和氧气，提高细胞的存活率。

Description

一种结合中空纤维的细胞打印装置

技术领域

本实用新型涉及生物医学技术领域，更具体地，涉及一种结合中空纤维的细胞打印装置。

背景技术

3D打印技术的原理就是分层制造，层层累积。3D打印技术因为其可使用多种材料成型任何复杂的三维结构，成为组织工程领域最有力的研究手段。细胞3D打印技术一种结合机械、自动化、生物和材料等多学科的研究领域。传统的细胞打印喷头就是将细胞与生物材料(多为水凝胶材料)混合后并挤出形成一条微丝，挤出微丝的截面效果如图1所示，再多次往复形成面，面的堆积继而形成相应的三维结构。

此种设计简单可靠，但是传统喷头也有以下不足之处：1)氧气和营养物质在水凝胶材料中的渗透距离是有限的，大概在两百微米左右。因此，如果含细胞的打印微丝的直径过大则营养物质供及不足，造成内部细胞的凋亡，若微丝直径太小则细胞受到的剪切力过大，打印后细胞的存活率直线下降；2)为了打印成型，水凝胶的浓度不能太低，高粘度的水凝胶材料严重限制了内部细胞的迁徙、生长，对细胞形成广泛的相互连接不利。

实用新型内容

为克服上述现有技术中的至少一种缺陷，本实用新型提供一种结合中空纤维的细胞打印装置。本实用新型可以实现打印的含细胞微丝中结合中空纤维，这些中空纤维具有微孔结构，模拟毛细血管及其虹吸效应可以为打印微丝内部的细胞供给充足的营养和氧气，提高细胞的存活率；并且可以降低打印时水凝胶的浓度，水凝胶浓度降低以后，里面的孔隙率明显提高，有利于细胞的迁徙、生长和相互之间形成广泛的连接。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种结合中空纤维的细胞打印装置，其中，包括外筒和储液筒，储液筒中盛装混合有细胞的水凝胶溶液，所述外筒底部设有第一喷头，所述储液筒底部通过管路与所述第一喷头连通，所述外筒内部，在所述第一喷头的上方设有用于产生中空纤维的第二喷头，所述外筒的侧壁上设有与所述第二喷头连通的电纺溶液入口。本实用新型中，所述第二喷头与所述第一喷头之间设有高压静电场，中空纤维的制造是基于静电纺丝原理，电纺溶液从外筒上的电纺溶液入口进入到第二喷头，在第二喷头与第一喷头之间的高压静电场的作用下喷射形成中空纤维。电纺溶液采用双组份溶剂，两种溶剂的挥发速率不同；因为两种溶剂的挥发速率不同，所以挥发快的溶剂挥发后就会在中空纤维上形成微孔。第二喷头喷射形成的中空纤维向下会进入到第一喷头，储液筒中储存有混合有细胞的水凝胶溶液，优选的，储液筒上连接有高压气体推送装置，储液筒中储存的混合有细胞的水凝胶溶液经高压气体的推动也会进入第一喷头，二者在第一喷头中混合均匀，最后从第一喷头挤出用于3D打印。这样，就可以实现打印出的含细胞微丝中结合中空纤维，并且这些中空纤维上具有微孔结构，模拟毛细血管及其虹吸效应，就可以为打印微丝内部的细胞供给充足的营养和氧气，大大改善打印结构体内细胞的存活率和生长微环境。

进一步的，所述第二喷头为双层同轴喷头，所述电纺溶液入口与所述第二喷头的外层通道连通。这样，电纺溶液通过外筒上电纺溶液入口就进入到双层同轴喷头的外层通道，也就是说，电纺溶液是包裹在双层同轴喷头的内层通道周围，在高压静电场的作用下包裹在双层同轴喷头的内层通道周围的电纺溶液就会从双层同轴喷头的外层通道喷出形成纤维，而原来双层同轴喷头的内层通道所占体积则在形成的纤维中留下中孔，这就形成了中空纤维。

进一步的，所述第一喷头包括挤出针头，环设在所述挤出针头外围的定子，以及一端设于所述挤出针头内部且与所述定子相配合并能够在所述挤出针头内部旋转的转子螺杆。所述转子螺杆内部设有磁性材料，外表面设有螺旋纹路，所述转子螺杆与所述定子通过电磁原理相互作用，推动转子螺杆旋转。进入到第一喷头的中空纤维和混合有细胞的水凝胶溶液都是进入到了挤出针头中。转子螺杆在挤出针头中旋转时，其表面的螺旋纹路会推动进入挤出针头的中空纤维和混合有细胞的水凝胶溶液往挤出针头出口处输送，在此过程中，转子螺杆表面的螺旋纹路还可以使得中空纤维和混合有细胞的水凝胶溶液混合的更加均匀。

进一步的，所述第二喷头通过内支撑架固定在所述外筒的内壁上。

进一步的，所述外筒的顶部设有排气装置，所述外筒的内部空间从所述排气装置到所述第一喷头之间贯通。这样，在外筒的顶部设置排气装置就可以让外筒内部挥发的溶剂经过排气装置快速排出，保证更好的挥发效果，以实现在中空纤维上形成较多的微孔。

优选的，所述排气装置包括盖合在所述外筒顶部的顶盖，以及设于所述顶盖上的排气孔和排气风扇。顶盖的作用主要是支撑固定排气风扇，排气风扇和排气孔的组合可以使得外筒内部挥发的溶剂快速排出。

进一步的，所述外筒由高分子合成材料制成。外筒是整个打印装置的骨骼支撑部件，采用高分子合成材料制成，具有良好的绝缘特性，避免内部的高压静电影响操作人员的安全。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的打印装置可以实现打印的含细胞微丝中结合中空纤维，这些中空纤维具有微孔结构，模拟毛细血管及其虹吸效应可以为打印微丝内部的细胞供给充足的营养和氧气，大大改善打印结构体内细胞的存活率和生长微环境；并且，因为中空纤维还可以起到水凝胶骨架的作用，有利于打印结构体的成型，随之就可以降低水凝胶的浓度，水凝胶浓度降低以后，里面的孔隙率明显提高，有利于细胞的迁徙、生长和相互之间形成广泛的连接。

附图说明

图1是使用传统打印头挤出的打印微丝截面效果图。

图2是本实用新型的整体结构示意图。

图3是使用本实用新型挤出的打印微丝截面效果图。

图4是本实用新型挤出的打印微丝中中空纤维的截面结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图2到图4所示，一种结合中空纤维的细胞打印装置，其中，包括外筒1和储液筒2，储液筒2中盛装混合有细胞12的水凝胶13溶液，所述外筒1底部设有第一喷头，所述储液筒2底部通过管路与所述第一喷头连通，所述外筒1内部，在所述第一喷头的上方设有用于产生中空纤维14的第二喷头3，所述外筒1的侧壁上设有与所述第二喷头3连通的电纺溶液入口4。本实用新型中，所述第二喷头3与所述第一喷头之间设有高压静电场，中空纤维的制造是基于静电纺丝原理，电纺溶液从电纺溶液入口4进入到第二喷头3，在第二喷头3与第一喷头之间的高压静电场的作用下喷射形成中空纤维14。电纺溶液采用双组份溶剂，将聚乳酸(PLA)溶解在六氟异丙醇与氯仿中；其中，聚乳酸的浓度为5-10％，六氟异丙醇与氯仿的体积比为9:1，两种溶剂的挥发速率不同。因为两种溶剂的挥发速率不同，所以挥发快的溶剂挥发后就会在中空纤维14上形成微孔。第二喷头3喷射形成的中空纤维14向下会进入到第一喷头，储液筒2中储存有混合有细胞12的水凝胶13溶液，优选的，储液筒2上连接有高压气体推送装置，储液筒2中储存的混合有细胞12的水凝胶13溶液经高压气体的推动也会进入第一喷头，二者在第一喷头中混合均匀，最后从第一喷头挤出用于3D打印。这样，就可以实现打印出的含细胞微丝中结合中空纤维14，并且这些中空纤维14上具有微孔结构，模拟毛细血管及其虹吸效应，就可以为打印微丝内部的细胞供给充足的营养和氧气，大大改善打印结构体内细胞的存活率和生长微环境。

如图2所示，所述第二喷头3为双层同轴喷头，所述电纺溶液入口4与所述第二喷头3的外层通道连通。这样，电纺溶液通过电纺溶液入口4就进入到双层同轴喷头的外层通道，也就是说，电纺溶液是包裹在双层同轴喷头的内层通道周围，在高压静电场的作用下包裹在双层同轴喷头的内层通道周围的电纺溶液就会从双层同轴喷头的外层通道喷出形成纤维，而原来双层同轴喷头的内层通道所占体积则在形成的纤维中留下中孔，这就形成了中空纤维14。

如图2所示，所述第一喷头包括挤出针头5，环设在所述挤出针头5外围的定子6，以及一端设于所述挤出针头5内部且与所述定子6相配合并能够在所述挤出针头5内部旋转的转子螺杆7。所述转子螺杆7内部设有磁性材料，外表面设有螺旋纹路，所述转子螺杆7与所述定子6通过电磁原理相互作用，推动转子螺杆7旋转。进入到第一喷头的中空纤维14和混合有细胞12的水凝胶13溶液都是进入到了挤出针头5中。转子螺杆7在挤出针头5中旋转时，其表面的螺旋纹路会推动进入挤出针头5的中空纤维14和混合有细胞12的水凝胶13溶液往挤出针头5出口处输送，在此过程中，转子螺杆7表面的螺旋纹路还可以使得中空纤维14和混合有细胞12的水凝胶13溶液混合的更加均匀。

如图2所示，所述第二喷头3通过内支撑架8固定在所述外筒1的内壁上。

本实施例中，所述外筒1的顶部设有排气装置，所述外筒1的内部空间从所述排气装置到所述第一喷头之间贯通。这样，在外筒1的顶部设置排气装置就可以让外筒1内部挥发的溶剂经过排气装置快速排出，保证更好的挥发效果，以实现在中空纤维14上形成较多的微孔。

如图2所示，所述排气装置包括盖合在所述外筒1顶部的顶盖9，以及设于所述顶盖9上的排气孔10和排气风扇11。顶盖9的作用主要是支撑固定排气风扇11，排气风扇11和排气孔10的组合可以使得外筒1内部挥发的溶剂快速排出。

本实施例中，所述外筒1由高分子合成材料制成。外筒1是整个打印装置的骨骼支撑部件，采用高分子合成材料制成，具有良好的绝缘特性，避免内部的高压静电影响操作人员的安全。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，包括外筒(1)和储液筒(2)，所述外筒(1)底部设有第一喷头，所述储液筒(2)底部通过管路与所述第一喷头连通，所述外筒(1)内部，在所述第一喷头的上方设有用于产生中空纤维(14)的第二喷头(3)，所述外筒(1)上设有与所述第二喷头(3)连通的电纺溶液入口(4)。

2.根据权利要求1所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述第二喷头(3)为双层同轴喷头，所述电纺溶液入口(4)与所述第二喷头(3)的外层通道连通。

3.根据权利要求1所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述第一喷头包括挤出针头(5)，设在所述挤出针头(5)外围的定子(6)，以及设于所述挤出针头(5)内部且与所述定子(6)相配合并能够在所述挤出针头(5)内部旋转的转子螺杆(7)。

4.根据权利要求3所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述转子螺杆(7)内部设有磁性材料，外表面设有螺旋纹路，所述转子螺杆(7)与所述定子(6)相互作用，推动转子螺杆(7)旋转。

5.根据权利要求1或2所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述第二喷头(3)通过内支撑架(8)固定在所述外筒(1)的内壁上。

6.根据权利要求1到4任一所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述外筒(1)的顶部设有排气装置。

7.根据权利要求6所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述外筒(1)的内部空间从所述排气装置到所述第一喷头之间贯通。

8.根据权利要求6所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述排气装置包括盖合在所述外筒(1)顶部的顶盖(9)，以及设于所述顶盖(9)上的排气孔(10)和排气风扇(11)。

9.根据权利要求1到4任一所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述外筒(1)由高分子合成材料制成。

10.根据权利要求1到4任一所述的结合中空纤维的细胞打印装置，其特征在于，所述储液筒(2)上连接有高压气体推送装置，所述储液筒(2)中储存混合有细胞的水凝胶溶液，混合有细胞的水凝胶溶液经高压气体的推动进入第一喷头。

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