CN213772443U - 一种多尺度组织工程复合支架及其制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多尺度组织工程复合支架及其制备装置，所述多尺度组织工程复合支架包括多个依次叠置的纤维层，其中多个依次叠置的纤维层包括至少一个第一纤维层，所述至少一个第一纤维层包括直径为50‑1000μm的多条平行排列的第一纤维丝、形成在多条第一纤维丝之间的直径为1‑50μm的第二纤维丝、以及在第一纤维丝和第二纤维丝的结构上的直径为50‑1000nm的第三纤维丝。本实用新型实施例所制备的支架既具有较好的机械强度，还具有适当的孔径和孔隙率，能够促进细胞的渗透、营养物质的运输，为细胞活动提供适宜的微环境，促进细胞黏附、增殖、分化、迁移等。

Description

一种多尺度组织工程复合支架及其制备装置

技术领域

本实用新型属于组织工程支架技术领域，具体涉及一种多尺度组织工程复合支架及其制备装置。

背景技术

组织工程支架是指在组织工程中，为细胞生长输送营养及排泄代谢产物的三维多孔结构的细胞载体。组织工程支架作为细胞和生物因子的载体，是组织工程的基础，其基本作用是提供一个与体内细胞外基质类似的细胞生长环境。根据支架材料不同，组织工程支架可以分为天然材料支架、合成材料支架和复合材料支架。天然材料指自然界的高分子或无机材料及其改性材料，如明胶、胶原、壳聚糖、海藻酸盐、水凝胶等。合成材料指通过化学合成得到的高分子或无机材料，如聚乳酸、聚已内酯、聚乙二醇、聚羟基乙酸或它们的共聚物等。复合材料是指两种或多种不同类别的材料以物理方式或化学方式组合。

理想的组织工程支架应当具有足够的机械强度，具有适当的孔径和孔隙率以允许细胞渗透、营养物质扩散，还能够为细胞的黏附、增殖、迁移、分化等细胞活动提供适宜的微环境。对理想的组织工程支架的这些要求与支架的纤维直径、孔隙率、孔径大小等结构特性密切相关。

熔融沉积技术和溶液静电纺丝技术是目前常用的两种制备组织工程支架的方法。熔融沉积技术需要将材料加热熔融，一般适用于高分子材料，所制备的支架的纤维直径及纤维间隔多在50-1000μm，具有良好的机械强度，但其纤维直径远大于细胞直径(10-20μm)，细胞只能贴附在纤维丝表面，不能为细胞的黏附、增殖、迁移、分化等细胞活动提供合适的微环境。溶液静电纺丝技术可以将天然聚合物和合成聚合物制备成直径为50-1000nm的纳米纤维，所制备的支架能够很好地模拟细胞外基质微环境，有利于细胞的黏附、增殖、迁移、分化等，但具有低孔隙率和小孔径的特点，不利于细胞长入、渗透，并且机械性能较差。

除上述两种技术外，熔融静电纺丝技术是另一种制备组织工程支架的技术。利用熔融静电纺丝技术更容易获得连续纤维，纤维直径一般在1-50μm，与细胞尺寸接近。所制备的支架既具有合适的孔径，能够促进细胞的渗透、营养物质的运输，同时也能够为细胞的黏附、增殖、迁移、分化等提供合适的微环境。但由于工艺限制，所制备的支架高度有限，机械强度不能满足需要，并且只能采用合成聚合物材料成型，支架的生物活性较差。这些不足使该技术的应用受到严重限制，远不如熔融沉积技术和溶液静电纺丝技术应用广泛。

综上所述，现有技术中的组织工程支架由于制造技术的限制，每种支架均有不足之处，缺乏既具有足够的机械强度，又具有合适的纤维直径、孔径、孔隙率，还能够为细胞活动提供适宜的微环境的理想的组织工程支架，更加缺少通用性强、能够制备上述理想的组织工程支架的装置。

实用新型内容

有鉴于此，实用新型人经过不懈地研究，发现通过融合熔融沉积技术、溶液静电纺丝技术和熔融静电纺丝技术，将三种技术中的至少两种相结合，优选将三种技术相结合，能够结合不同制备技术的优势，制备出多尺度(微米-纳米尺度)、复合材料(天然聚合物和合成聚合物)的组织工程支架，具有理想的性能，能够解决上述技术问题中的至少一个。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型实施例提出了一种多尺度组织工程复合支架，所述多尺度组织工程复合支架包括多个依次叠置的纤维层，其中多个依次叠置的纤维层包括至少一个第一纤维层，所述至少一个第一纤维层包括直径为50-1000μm的多条平行排列的第一纤维丝、形成在多条第一纤维丝之间的直径为1-50μm的第二纤维丝、以及在第一纤维丝和第二纤维丝的结构上的直径为50-1000nm的第三纤维丝。

在一个实施例中，在所述第一纤维层中，相邻的第一纤维丝之间间隔50-1000μm。

在一个实施例中，在所述第一纤维层中，所述第二纤维丝为多条，多条第二纤维丝与第一纤维丝平行排列，相邻的第二纤维丝之间间隔1-50μm。

在一个实施例中，在所述第一纤维层中，所述第三纤维丝为多条，多条第三纤维丝平行排列，相邻的第三纤维丝之间间隔50-1000nm。

在一个实施例中，所述多条第三纤维丝与所述第一纤维丝和第二纤维丝平行的设置在所述多条第一纤维丝和第二纤维丝之间。

在一个实施例中，所述多个依次叠置的纤维层包括多个第一纤维层和设置在相邻两个第一纤维层之间的第二纤维层，所述多个第一纤维层的第一纤维丝相互平行，所述第二纤维层由相互平行的直径为50-1000μm的多条纤维丝构成，所述第二纤维层的相邻的纤维丝之间间隔50-1000μm。

在一个实施例中，所述第三纤维丝无序沉积在所述第一纤维丝和第二纤维丝上。

在一个实施例中，所述多尺度组织工程复合支架的多个纤维层均为第一纤维层，所述多尺度组织工程复合支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝之间不平行。

在一个实施例中，所述第一纤维丝为合成聚合物材料；所述第二纤维丝为合成聚合物材料；所述第三纤维丝为包括合成聚合物和/或天然聚合物材料。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型实施例提出了一种多尺度组织工程复合支架的制备装置，所述制备装置制备如上所述的多尺度组织工程复合支架，所述制备装置包括X轴运动系统、Y轴运动系统、Z轴运动系统、用于施加打印材料的打印喷头和收集部；所述X 轴运动系统用于驱动打印喷头沿X轴方向运动，所述Y轴运动系统用于驱动打印喷头沿Y 轴方向运动，所述Z轴运动系统用于驱动打印喷头沿Z轴方向运动，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向彼此垂直；所述打印喷头包括第一打印喷头、第二打印喷头和第三打印喷头，所述第一打印喷头为熔融沉积打印喷头，第二打印喷头为熔融静电纺丝打印喷头，第三打印喷头为溶液静电纺丝打印喷头；所述收集部用于承载打印的多尺度组织工程复合支架。

在一个实施例中，所述多尺度组织工程复合支架的制备装置还包括监控系统，所述监控系统包括计算机和摄像头，用于监测并控制第一打印喷头、第二打印喷头和/或第三打印喷头的最下端与所述收集部上表面之间的距离。

本实用新型实施例的有益效果：本实用新型实施例提出的多尺度组织工程复合支架、制备方法和制备装置，能够制备多尺度组织工程复合支架，尺寸较大的第一纤维丝可以为支架提供足够的强度，尺寸与细胞接近的第二纤维丝可以促进细胞渗透，超细的第三纤维改善细胞的增殖。

此外，能够制备同时包含直径在数百微米尺度的纤维和直径在数百纳米至几十微米尺度的纤维的支架，还能够同时采用天然聚合物材料和合成聚合物材料，从而获得理想的组织工程支架，所制备的支架既具有较好的机械强度，还具有适当的孔径和孔隙率，能够促进细胞的渗透、营养物质的运输，还能够为细胞活动提供适宜的微环境，促进细胞黏附、增殖、分化、迁移及其他细胞活动。并且，本实用新型实施例的制备装置能够根据不同的实际需要选择合适的制备技术和材料，通用性强。

附图说明

图1是本实用新型实施例提出的多尺度组织工程复合支架的一种第一纤维层的示意图和局部放大图；

图2是本实用新型实施例提出的多尺度组织工程复合支架的另一种第一纤维层的示意图和局部放大图；

图3a是本实用新型实施例提出的多尺度组织工程复合支架中的两个相邻叠置的第一纤维层的分解图；

图3b是图3a中的两个第一纤维层叠置后的结构示意图；

图4a是本实用新型实施例的多尺度组织工程复合支架在相邻的两个第一纤维层之间设置第二纤维层的分解图；

图4b是图4a中的两个第一纤维与一个第二纤维层叠置后的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提出的多尺度组织工程复合支架的制备装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。

实施例1 多尺度组织工程复合支架的制备方法

本实用新型实施例还提出一种多尺度组织工程复合支架的制备方法，所述多尺度组织工程复合支架包括多个依次叠置的纤维层，其中至少一个第一纤维层包括第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝，所述第一纤维层(参照图1、图2)的形成步骤包括：

S1，在收集板上形成直径为50-1000μm的多条第一纤维丝，所述多条第一纤维丝平行排列。所述收集板可以是收集板面，在本实施例中，所述第一纤维丝通过熔融沉积打印喷头打印形成，打印时，所述熔融沉积打印喷头的最下端与所述收集板上表面之间的距离为0.1mm-5mm；在所述第一纤维层中，相邻的第一纤维丝之间间隔50-1000μm。所述第一纤维丝的材料为合成聚合物材料，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL)中的一种或多种。

S2，在多条第一纤维丝之间形成直径为1-50μm的第二纤维丝，由于第二纤维丝的尺寸与细胞尺寸的接近，具有促进细胞渗透的作用。

优选的，所述第二纤维丝为多条，与第一纤维丝平行排列，尺寸较大的第一纤维丝可以为支架提供足够的强度，尺寸与细胞接近的第二纤维丝可以促进细胞渗透，同时第二纤维丝的取向排列能够调节纤维丝间距，在一定程度上促进细胞沿纤维丝方向宏观取向排列，进一步影响细胞的相关活动，如增殖、迁移等。在所述第一纤维层中，相邻的第二纤维丝之间间隔1-50μm。

在本实施例中，所述第二纤维丝通过熔融静电纺丝打印喷头打印形成，使用熔融静电纺丝打印喷头的原因在于，熔融静电纺丝打印的纤维对齐度好，纤维走向便于控制，易于制备结构规整的支架。打印时，所述熔融静电纺丝打印喷头的最下端与所述收集板上表面的距离为0.1mm-5mm。

所述第二纤维丝的材料为合成聚合物材料，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、 L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL) 中的一种或多种。

S3，在所形成的第一纤维丝和第二纤维丝的基础上形成直径为50-1000nm的第三纤维丝，所述第三纤维丝为多条，多条第三纤维丝平行排列，优选的与所述第一纤维丝和第二纤维丝平行的设置在所述多条第一纤维丝和第二纤维丝之间，如图1所示，或者，第三纤维丝无序沉积在所述第一纤维丝和第二纤维丝上，如图2所示。优选的，在所述第一纤维层中，所述第三纤维丝平行排列时，相邻的第三纤维丝之间间隔50-1000nm。在本实施例中，所述第三纤维丝通过溶液静电纺丝打印喷头打印形成，打印时，所述溶液静电纺丝打印喷头的最下端与所述收集板上表面的距离为0.1mm-100mm。并且，为了使得所述第三纤维丝能够形成与所述第一纤维丝平行排列的效果，打印时，所述溶液静电纺丝打印喷头的最下端与所述收集板上表面的距离为0.1mm-10mm。所述第三纤维丝由包括合成聚合物和/或天然聚合物的聚合物溶液制成，所述聚合物溶液中的聚合物，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L- 聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL)、胶原蛋白、丝素蛋白、壳聚糖、水凝胶、明胶、弹性蛋白中的一种或多种，所述聚合物溶液中的溶剂，例如可以为水、乙醇、异丙醇、六氟异丙醇、四氢呋喃、氯仿、二甲基甲酰胺中的一种或多种。

在第一纤维层中，所述第一纤维丝为合成聚合物打印材料，通过熔融沉积打印喷头打印成型；所述第二纤维丝为合成聚合物打印材料，通过熔融静电纺丝打印喷头打印成型；所述第三纤维丝为将合成聚合物和/或天然聚合物的聚合物溶液通过溶液静电纺丝打印喷头打印成型。其中，使用熔融沉积打印和熔融静电纺丝打印合成聚合物材料，保证支架具有相应的机械性能；使用溶液静电纺丝打印天然聚合物材料，将材料溶解在溶剂中，挤出溶液，然后在电场下引出纤维，在纤维沉积到收集平台的过程中溶剂挥发，最后制备成超细的第三纤维，由于没有加热，所以在打印过程中能够保持天然聚合物材料的生物活性，利于改善支架的生物活性与相容性，进而改善细胞的增殖。在一个支架中，使用合成聚合物和天然聚合物的复合材料能够获得较好的综合性能，即，通过熔融沉积、熔融电纺制备合成聚合物纤维，满足支架力学性能、与细胞接近的纤维尺寸、纤维取向排列；通过溶液电纺可以制备天然聚合物纤维，改善支架生物活性，同时利于细胞黏附。

在本实施例中，所述多尺度组织工程复合支架的多个纤维层均为第一纤维层，通过所述步骤S1-S3形成，支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝之间不平行，优选的，支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝之间相互垂直，如图3a、图3b所示，其中图3a中示出了上下两个第一纤维层，两个第一纤维层的第一纤维丝之间相互垂直；图3b中示出了图3a中的两个第一纤维层叠置后的结构示意图。

此外，在本实用新型的一个优选实施例中，给出了多尺度组织工程复合支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝平行的情况，如图4a和图4b所示，其中仅示出了多尺度组织工程复合支架在相邻的两个第一纤维层之间包括一个第二纤维层的示意图，本领域技术人员可以理解，在本实施例中，第一纤维层与第二纤维层是间隔设置的。具体的，多尺度组织工程复合支架包括多个依次叠置的纤维层，包括多个第一纤维层和设置在相邻两个第一纤维层之间的第二纤维层。如图4a中所示的上第一纤维层的第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝相互平行，下第一纤维层的第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝相互平行，且上第一纤维层的第一纤维丝和下第一纤维层的第一纤维丝相互平行，也就是说，多尺度组织工程复合支架的每个第一纤维层的第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝相互平行，且所述多个第一纤维层的第一纤维丝第一纤维丝之间相互平行。所述第二纤维层由相互平行的直径为50-1000μm的多条纤维丝构成，相邻的纤维丝之间间隔50-1000μm。由此，由于每个第一纤维层的第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝相互平行且多个第一纤维层的第一纤维丝第一纤维丝之间相互平行，使得所制得的多尺度组织工程复合支架能够通过纤维丝的取向促进支架上细胞的取向排列；并且，由于做为间隔层的第二纤维层的加入，将相邻的第一纤维层隔开，增加了支架中的孔隙率，使得细胞能够更容易的渗透长入。在上述实施例中，虽然对多个第一纤维层具有相同的取向，但本领域技术人员可以理解，第二纤维层同样可以设置在取向不同的多个第一纤维层之间。

本实施例的多尺度组织工程复合支架的制备方法能够制备同时包含直径在数百微米尺度的纤维和直径在数百纳米至几十微米尺度的纤维的支架，能够进一步促进细胞的渗透、黏附，还能够通过采用天然聚合物材料和合成聚合物材料，从而获得理想的组织工程支架，所制备的支架既具有较好的机械强度，还具有适当的孔径和孔隙率能够促进细胞的渗透、营养物质的运输，还能够为细胞活动提供适宜的微环境，促进细胞黏附、增殖、分化、迁移及其他细胞活动。

实施例2 多尺度组织工程复合支架

本实用新型实施例还提出一种多尺度组织工程复合支架，所述多尺度组织工程复合支架包括多个依次叠置的纤维层，其中至少一个第一纤维层包括直径为50-1000μm的多条平行排列的第一纤维丝、形成在多条第一纤维丝之间的直径为1-50μm的第二纤维丝、以及直径为 50-1000nm的第三纤维丝。其中，所述第三纤维丝与所述第一纤维丝和第二纤维丝平行的设置在所述多条第一纤维丝和第二纤维丝之间，如图1所示，或者，第三纤维丝无序沉积在所述第一纤维丝和第二纤维丝上，如图2所示。

在本实施例中，在所述第一纤维层中，相邻的第一纤维丝之间间隔50-1000μm。所述第一纤维丝的材料为合成聚合物材料，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL) 中的一种或多种。

优选的，所述第二纤维丝为多条，与第一纤维丝平行排列。在所述第一纤维层中，相邻的第二纤维丝之间间隔1-50μm。所述第二纤维丝的材料为合成聚合物材料，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇 -b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL)中的一种或多种。

优选的，在所述第一纤维层中，所述第三纤维丝平行排列的多条时，相邻的第三纤维丝之间间隔50-1000nm。所述第三纤维丝为包括合成聚合物和/或天然聚合物材料，由聚合物溶液制成，所述聚合物溶液中的聚合物，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL)、胶原蛋白、丝素蛋白、壳聚糖、水凝胶、明胶、弹性蛋白中的一种或多种，所述聚合物溶液中的溶剂，例如可以为水、乙醇、异丙醇、六氟异丙醇、四氢呋喃、氯仿、二甲基甲酰胺中的一种或多种。

在本实施例中，所述多尺度组织工程复合支架的多个纤维层具有相同的结构，均为第一纤维层，支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝之间不平行，优选的，支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝之间相互垂直，如图3a、图3b所示。

此外，在本实用新型的一个优选实施例中，给出了多尺度组织工程复合支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝平行的情况，如图4a和图4b所示，其中仅示出了多尺度组织工程复合支架在相邻的两个第一纤维层之间包括一个第二纤维层的示意图，本领域技术人员可以理解，在本实施例中，第一纤维层与第二纤维层是间隔设置的。具体的，多尺度组织工程复合支架包括多个依次叠置的纤维层，包括多个第一纤维层和设置在相邻两个第一纤维层之间的第二纤维层。如图4a中所示的上第一纤维层的第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝相互平行，下第一纤维层的第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝相互平行，且上第一纤维层的第一纤维丝和下第一纤维层的第一纤维丝相互平行，也就是说，多尺度组织工程复合支架的每个第一纤维层的第一纤维丝、第二纤维丝和第三纤维丝相互平行，且所述多个第一纤维层的第一纤维丝第一纤维丝之间相互平行。所述第二纤维层由相互平行的直径为50-1000μm的多条纤维丝构成，相邻的纤维丝之间间隔50-1000μm。在上述实施例中，虽然对多个第一纤维层具有相同的取向，但本领域技术人员可以理解，第二纤维层同样可以设置在取向不同的多个第一纤维层之间。

所述多尺度组织工程复合支架的整体形状可以根据实际需要进行设计。

实施例3 多尺度组织工程复合支架的制备装置

本实用新型实施例提出了一种多尺度组织工程复合支架的制备装置，用于执行如实施例 1所述制备方法，制备如实施例2所述的多尺度组织工程复合支架，如图5所示。所述制备装置包括X轴运动系统、Y轴运动系统、Z轴运动系统、用于施加打印材料的打印喷头、收集部和监控系统；所述X轴运动系统用于驱动打印喷头沿X轴方向运动，所述Y轴运动系统用于驱动打印喷头沿Y轴方向运动，所述Z轴运动系统用于驱动打印喷头沿Z轴方向运动，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向彼此垂直；所述打印喷头包括第一打印喷头、第二打印喷头和第三打印喷头，所述第一打印喷头为熔融沉积打印喷头，第二打印喷头为熔融静电纺丝打印喷头，第三打印喷头为溶液静电纺丝打印喷头；所述收集部用于承载打印的多尺度组织工程复合支架。

所述多尺度组织工程复合支架的制备装置还包括监控系统，所述监控系统包括计算机和摄像头，用于监测并控制第一打印喷头、第二打印喷头和/或第三打印喷头的最下端与所述收集部上表面之间的距离。

X轴运动系统包括X轴驱动装置、第一X轴导向机构、第二X轴导向机构和机架，第一X轴导向机构和第二X轴导向机构相互平行且间隔设置；机架的第一端滑动连接在第一X轴导向机构上，机架的第二端滑动连接在第二X轴导向机构上，X轴驱动装置驱动所述机架沿第一X轴导向机构和第二X轴导向机构运动。优选的，所述机架为龙门架。

Y轴运动系统包括Y轴驱动装置、Y轴导向机构、第一滑动安装座、第二滑动安装座和第三滑动安装座，Y轴导向机构设置于所述机架的第一端和第二端之间，第一滑动安装座、第二滑动安装座和第三滑动安装座滑动连接在Y轴导向机构上，Y轴驱动装置驱动第一滑动安装座、第二滑动安装座和第三滑动安装座沿Y轴导向机构运动。Y轴导向机构可以为一个，同时驱动第一滑动安装座、第二滑动安装座和第三滑动安装座运动；Y轴导向机构可以为三个独立的驱动机构，分别驱动第一滑动安装座、第二滑动安装座和第三滑动安装座运动。

所述Z轴运动系统包括第一Z轴运动系统、第二Z轴运动系统和第三Z轴运动系统。第一Z轴运动系统包括第一Z轴驱动装置、第一Z轴导向机构和第一打印喷头安装部，第一Z轴导向机构设置在第一滑动安装座上，第一打印喷头安装部滑动连接在第一Z轴导向机构上，第一打印喷头设置于第一打印喷头安装部上，第一Z轴驱动装置驱动第一打印喷头安装部沿第一Z轴导向机构运动；第二Z轴运动系统包括第二Z轴驱动装置、第二Z轴导向机构和第二打印喷头安装部，第二Z轴导向机构设置在第二滑动安装座上，第二打印喷头安装部滑动连接在第二Z轴导向机构上，第二打印喷头设置于第二打印喷头安装部上，第二Z轴驱动装置驱动第二打印喷头安装部沿第二Z轴导向机构运动；所述第三Z轴运动系统包括第三Z轴驱动装置、第三Z轴导向机构和第三打印喷头安装部，第三Z轴导向机构设置在第三滑动安装座上，第三打印喷头安装部滑动连接在第三Z轴导向机构上，第三打印喷头设置于第三打印喷头安装部上，第三Z轴驱动装置驱动第三打印喷头安装部沿第三Z轴导向机构运动。

所述熔融沉积打印喷头和熔融静电纺丝打印喷头可以为气动式喷头、活塞式喷头或螺杆式喷头；所述溶液静电纺丝打印喷头可以为气动式喷头或活塞式喷头。所述溶液静电纺丝打印喷头的最下端与所述收集板上表面的距离为0.1mm-10mm，以使得打印出平行排列的所述第三纤维丝；所述熔融沉积打印喷头和所述熔融静电纺丝打印喷头外侧设置有加热元件，用于为打印材料加热。

所述熔融沉积打印喷头用于施加含有第一合成聚合物材料的打印材料。所述第一合成聚合物材料，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL)中的一种或多种。

所述熔融静电纺丝打印喷头用于施加含有第二合成聚合物材料的打印材料。所述第二合成聚合物材料，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL)中的一种或多种。

所述溶液静电纺丝打印喷头用于施加含有聚合物溶液的打印材料。所述聚合物溶液中的聚合物，例如可以为聚已内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、L-聚乳酸(PLLA)、聚L-丙交酯-己内酯(PLCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、聚氨酯(PU)、聚乙二醇(PEG)、聚乙二醇-b-聚(L-丙交酯-co-已内酯)(PELCL)、胶原蛋白、丝素蛋白、壳聚糖、水凝胶、明胶、弹性蛋白中的一种或多种；所述聚合物溶液中的溶剂，例如可以为水、乙醇、异丙醇、六氟异丙醇、四氢呋喃、氯仿、二甲基甲酰胺中的一种或多种。

优选的，所述收集部包括收集平台和收集板，所述收集平台设置于所述第一打印喷头、第二打印喷头、第三打印喷头的下方，所述收集板设置在所述收集平台上，所述收集板用于承载所述多尺度组织复合工程支架。所述收集平台为绝缘收集平台，例如，可以由尼龙、聚甲醛、聚四氟乙烯、陶瓷、木材、聚醚醚酮等材料制成。所述收集板为导电收集板，例如，可以由导电玻璃、导电硅片、铝箔、铁板等制成。

本实用新型的多尺度组织工程复合支架的制备装置融合了熔融沉积技术、溶液静电纺丝技术和熔融静电纺丝技术中的至少两种技术，从而能够制备兼具几百微米直径的合成聚合物材料纤维和几百纳米直径的天然聚合物纤维的组织工程复合支架，前者能够保证组织工程支架的机械性能，其较大的孔径和孔隙率还能够提供适于细胞活动的微环境，后者则能够在不影响细胞渗透的前提下，改善组织工程支架的生物活性。本实用新型实施例的制备装置为制备多尺度组织工程复合支架提供了通用性较强的解决方案。通过引入监控系统监测并控制打印喷头的最下端与收集部上表面之间的距离，能够根据实际需要控制纤维的成型状态，例如为有序排列或无序排列。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明。但是，本实用新型不限定于上述实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种多尺度组织工程复合支架，其特征在于，所述多尺度组织工程复合支架包括多个依次叠置的纤维层，其中多个依次叠置的纤维层包括至少一个第一纤维层，所述至少一个第一纤维层包括直径为50-1000μm的多条平行排列的第一纤维丝、形成在多条第一纤维丝之间的直径为1-50μm的第二纤维丝、以及在第一纤维丝和第二纤维丝的结构上的直径为50-1000nm的第三纤维丝。

2.如权利要求1所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，在所述第一纤维层中，相邻的第一纤维丝之间间隔50-1000μm。

3.如权利要求2所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，在所述第一纤维层中，所述第二纤维丝为多条，多条第二纤维丝与第一纤维丝平行排列，相邻的第二纤维丝之间间隔1-50μm。

4.如权利要求3所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，在所述第一纤维层中，所述第三纤维丝为多条，多条第三纤维丝平行排列，相邻的第三纤维丝之间间隔50-1000nm。

5.如权利要求4所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，所述多条第三纤维丝与所述第一纤维丝和第二纤维丝平行的设置在所述多条第一纤维丝和第二纤维丝之间。

6.如权利要求1或5所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，所述多个依次叠置的纤维层包括多个第一纤维层和设置在相邻两个第一纤维层之间的第二纤维层，所述多个第一纤维层的第一纤维丝相互平行，所述第二纤维层由相互平行的直径为50-1000μm的多条纤维丝构成，所述第二纤维层的相邻纤维丝之间间隔50-1000μm。

7.如权利要求3所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，所述第三纤维丝无序沉积在所述第一纤维丝和第二纤维丝上。

8.如权利要求1-5任一项所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，所述多尺度组织工程复合支架的多个纤维层均为第一纤维层，所述多尺度组织工程复合支架的相邻两个第一纤维层的第一纤维丝之间不平行。

9.如权利要求1所述的多尺度组织工程复合支架，其特征在于，所述第一纤维丝为合成聚合物材料；所述第二纤维丝为合成聚合物材料；所述第三纤维丝为合成聚合物和/或天然聚合物材料。

10.一种多尺度组织工程复合支架的制备装置，其特征在于，所述制备装置用于制备如权利要求1-9之一所述的多尺度组织工程复合支架，所述制备装置包括X轴运动系统、Y轴运动系统、Z轴运动系统、用于施加打印材料的打印喷头和收集部；所述X轴运动系统用于驱动打印喷头沿X轴方向运动，所述Y轴运动系统用于驱动打印喷头沿Y轴方向运动，所述Z轴运动系统用于驱动打印喷头沿Z轴方向运动，所述X轴方向、Y轴方向和Z轴方向彼此垂直；所述打印喷头包括第一打印喷头、第二打印喷头和第三打印喷头，所述第一打印喷头为熔融沉积打印喷头，第二打印喷头为熔融静电纺丝打印喷头，第三打印喷头为溶液静电纺丝打印喷头；所述收集部用于承载打印的多尺度组织工程复合支架。

11.如权利要求10所述的制备装置，其特征在于，所述多尺度组织工程复合支架的制备装置还包括监控系统，所述监控系统包括计算机和摄像头，用于监测并控制第一打印喷头、第二打印喷头和/或第三打印喷头的最下端与所述收集部上表面之间的距离。

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