RU2793065C1 - Manual stand-alone device for two-component bioprinting for the treatment of wound surfaces and a method for coating a wound surface with a manual stand-alone device - Google Patents
Manual stand-alone device for two-component bioprinting for the treatment of wound surfaces and a method for coating a wound surface with a manual stand-alone device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2793065C1 RU2793065C1 RU2023102403A RU2023102403A RU2793065C1 RU 2793065 C1 RU2793065 C1 RU 2793065C1 RU 2023102403 A RU2023102403 A RU 2023102403A RU 2023102403 A RU2023102403 A RU 2023102403A RU 2793065 C1 RU2793065 C1 RU 2793065C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wound
- syringe
- supply
- stand
- switch
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Заявленная группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к травматологии, и может быть использовано в условиях ЧС и военного времени в полевых условиях с целью остановки кровотечения и индуцирования регенеративных процессов при ранениях легкой и средней степени тяжести.The claimed group of inventions relates to medical equipment, namely to traumatology, and can be used in emergency situations and wartime in the field to stop bleeding and induce regenerative processes in mild and moderate wounds.
Уровень техникиState of the art
В уровне техники известно использование гемостатического устройства для стимулирования свертывания крови, в котором описано использование альгината совместно с солями кальция для получения сшитых структур RU 2599033 С2, (опубл. 10.10.2016).In the prior art, the use of a hemostatic device for stimulating blood coagulation is known, which describes the use of alginate together with calcium salts to obtain cross-linked structures RU 2599033 C2, (publ. 10.10.2016).
Однако в указанном патенте не указано и не описано фазовое состояние компонентов, а также не рассматривается устройство, обеспечивающее ручную автономную биопечать с ультразвуковой системой полимеризации для лечения раневых поверхностей.However, the mentioned patent does not indicate or describe the phase state of the components, and also does not consider a device that provides manual autonomous bioprinting with an ultrasonic polymerization system for the treatment of wound surfaces.
Из уровня техники известна подача веществ в устройстве для создания гемостатической матрицы при помощи ультразвука WO 2011113436 AU (опубл. 22.09.2011).From the prior art, the supply of substances in a device for creating a hemostatic matrix using ultrasound is known WO 2011113436 AU (publ. 22.09.2011).
Однако в предлагаемом устройстве излучатель для перехода жидкофазного материала в аэрозоль конструктивно представляет из себя металлическую пластину-подложку (электрод) толщиной 100 мкм с напылением из слоя (700 мкм) пьезоэлектрического материала по кольцевому шаблону.However, in the proposed device, the emitter for the transition of a liquid-phase material into an aerosol is structurally a metal substrate plate (electrode) with a thickness of 100 μm with a coating of a layer (700 μm) of a piezoelectric material along an annular pattern.
Из уровня техники известна возможность подачи двух растворов одновременно с газообразным веществом US 2017281869 А1. (опубл. 05.10.2017).From the prior art known the possibility of supplying two solutions simultaneously with a gaseous substance US 2017281869 A1. (published 05.10.2017).
Вместе с тем, описанное в указанном патенте US 2017281869 А1 устройство не является электромеханическим устройством, а представляет из себя ручной распылитель-аппликатор. Соответственно, это устройство не имеет возможности для точного контроля подачи и дозирования материалов, варьирования их соотношения. Также описанное в указанном патенте устройство конструктивно оснащено связанным штоком и не позволяет независимо дозировать растворы/суспензии в область печати в полуавтоматическом режиме.However, the device described in said patent US 2017281869 A1 is not an electromechanical device, but is a manual spray applicator. Accordingly, this device does not have the ability to accurately control the supply and dosing of materials, varying their ratio. Also, the device described in the said patent is structurally equipped with a connected rod and does not allow independent dosing of solutions/suspensions into the printing area in a semi-automatic mode.
Из уровня техники известно ручное устройство для нанесения биогерметика, содержащее курок, каретку и элемент скольжения KR 20120026515 А, (опубл. 19.03.2012).In the prior art, a manual device for applying a biosealant is known, containing a trigger, a carriage and a sliding element KR 20120026515 A, (published on March 19, 2012).
Однако, устройство, описанное в патенте KR 20120026515 А, не является электромеханическим и не позволяет получать гетерогенные структуры за счет независимой работы двух подающих материал механизмов.However, the device described in patent KR 20120026515 A is not electromechanical and does not allow obtaining heterogeneous structures due to the independent operation of two material feed mechanisms.
В качестве наиболее близкого аналога может быть выбрано ручное автономное устройство двухкомпонентной биопечати из US 2016368211 А1, (опубл. 22.12.2016), в котором образование материала с сшитой биоактивной структурой в области печати происходит за счет сшивающего агента и его выброса сфокусированной струей в область печати, куда также подается суспензия биоматериала и мономерный комплекс, способный останавливать кровотечение и запускать (ускорять) процессы активации свертываемости крови или регенерации ткани.As the closest analogue, a hand-held autonomous two-component bioprinting device from US 2016368211 A1, (published on December 22, 2016) can be chosen, in which the formation of a material with a cross-linked bioactive structure in the print area occurs due to a crosslinking agent and its ejection by a focused jet into the print area , where a biomaterial suspension and a monomeric complex are also supplied, capable of stopping bleeding and starting (accelerating) the processes of activation of blood coagulation or tissue regeneration.
Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности независимой подачи двух материалов, в результате чего не может быть обеспечено лечение раневых поверхностей одним устройством, так же в устройстве из US 2016368211 А1 не предусматривается регулировка скорости поступления в область печати каждого из материалов, в результате чего не может быть обеспечена получение гетерогенных структур за счет независимой работы двух подающих материал механизмов.The disadvantages of the known device are the lack of the possibility of independent supply of two materials, as a result of which the treatment of wound surfaces with one device cannot be ensured; obtaining heterogeneous structures due to the independent operation of two material-feeding mechanisms.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении настоящей группы изобретений, является разработка способа двухкомпонентной биопечати и ручного мобильного автономного устройства простой конструкции, для эффективного (ускоренного и более безопасного с точки зрения инфекционных осложнений) лечения раневых поверхностей в условиях ЧС и военного времени в полевых условиях.The technical problem, the solution of which is provided by the implementation of the present group of inventions, is the development of a two-component bioprinting method and a hand-held mobile autonomous device of a simple design for effective (accelerated and safer from the point of view of infectious complications) treatment of wound surfaces in emergency situations and wartime in the field .
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Технический результат, обеспечиваемый настоящей группой изобретений при решении вышеуказанной технической проблемы, заключается в создании ручного мобильного автономного устройства двухкомпонентной биопечати простой конструкции, для лечения раневых поверхностей, точно регулирующего скорости подачи двух жидкофазных материалов в область раны за счет независимой друг от друга работы двух подающих материал механизмов, которое позволяет получать гетерогенные структуры, а также создание способа нанесения биоактивного материала с помощью ручного мобильного автономного устройства двухкомпонентной биопечати, позволяющего создать покрытие на раневой поверхности.The technical result provided by the present group of inventions in solving the above technical problem is to create a hand-held mobile autonomous two-component bioprinting device of a simple design for the treatment of wound surfaces, which precisely regulates the rate of supply of two liquid-phase materials to the wound area due to the independent operation of the two feed materials. mechanisms, which allows obtaining heterogeneous structures, as well as the creation of a method for applying a bioactive material using a manual mobile autonomous two-component bioprinting device, which makes it possible to create a coating on the wound surface.
Технический результат достигается за счет того, что ручное автономное устройство двухкомпонентной биопечати для лечения раневых поверхностей, содержащее корпус, при этом корпус включает фиксаторы шприцов, выполненные с возможностью приема и удержания двух шприцов, один из которых содержит суспензию клеточного материала, а другой раствор биосовместимого мономера. Также корпус содержит аккумуляторный отсек с блоком питания и систему управления. Кроме того, корпус имеет электромеханический модуль, состоящий из двух приводов, выполненных с возможностью независимой друг от друга регулировки скорости работы шприцов и работы включателя электромеханического модуля. Корпус также содержит электро-ультразвуковой модуль, состоящий из пьезоэлектрического излучателя, который закреплен на металлической подложке в демпфирующем слое вязкоупругого силикона, питателя, выполненного из волокнистого переплетенного материала, и выполненного с возможностью подачи сшивающего агента к тыльной стороне пьезоэлектрического излучателя, обращенной к питателю, и фокусирующего сопла, выполненного с возможностью фокусировки струи аэрозоля сшивающего агента. Корпус имеет печатающую головку, включающую три сопла, в которой первое сопло печатающей головки выполнено с возможностью подачи суспензии клеточного материала, второе сопло печатающей головки выполнено с возможностью подачи раствора биосовместимого мономера, а третье сопло выполненного с возможностью подачи струи аэрозоля в область раны, обеспечивающей сшивку материалов.The technical result is achieved due to the fact that a manual autonomous two-component bioprinting device for the treatment of wound surfaces, containing a body, while the body includes syringe holders, made with the possibility of receiving and holding two syringes, one of which contains a suspension of cellular material, and the other a solution of a biocompatible monomer . The case also contains a battery compartment with a power supply and a control system. In addition, the housing has an electromechanical module, consisting of two drives, made with the possibility of independently adjusting the speed of the syringes and the operation of the electromechanical module switch. The housing also contains an electro-ultrasonic module consisting of a piezoelectric emitter, which is fixed on a metal substrate in a damping layer of viscoelastic silicone, a feeder made of a fibrous interwoven material, and configured to supply a crosslinking agent to the back side of the piezoelectric emitter facing the feeder, and a focusing nozzle configured to focus the aerosol jet of the crosslinking agent. The housing has a print head including three nozzles, in which the first print head nozzle is configured to supply a suspension of cellular material, the second print head nozzle is configured to supply a biocompatible monomer solution, and the third nozzle is configured to supply an aerosol jet to the wound area, providing crosslinking materials.
Технический результат достигается также за счет того, что в способе нанесения покрытия на раневую поверхность используют ручное автономное устройство двухкомпонентной биопечати. При этом способ включает:The technical result is also achieved due to the fact that in the method of coating the wound surface, a manual autonomous two-component bioprinting device is used. The method includes:
- установку в фиксаторы шприцов шприца с суспензией клеточного материала и шприца с раствором биосовместимого мономера;- installation of a syringe with a suspension of cellular material and a syringe with a solution of a biocompatible monomer into the syringe holders;
- заправку устройства сшивающим агентом;- filling the device with a crosslinking agent;
- включение устройства и активацию электромеханического и электроультразвукового модуля;- turning on the device and activating the electromechanical and electro-ultrasonic module;
- направление струи аэрозоля сшивающего агента на раневую поверхность с одновременной подачей биосовместимого мономера и клеточного материала в область фокуса аэрозоля при помощи печатающей головки, состоящей из трех сопел;- direction of the cross-linking agent aerosol jet to the wound surface with simultaneous supply of biocompatible monomer and cellular material to the aerosol focus area using a printhead consisting of three nozzles;
- образование сшитого биоматериала на раневой поверхности.- the formation of a cross-linked biomaterial on the wound surface.
В частном случае реализации устройства блок питания выполнен в виде блочных аккумуляторов с Micro-USB портами.In a particular case of the implementation of the device, the power supply is made in the form of block batteries with Micro-USB ports.
В частном случае реализации устройства корпус включает порт для заправки устройства сшивающим агентом, соединенный с питателем.In a particular case of the implementation of the device, the housing includes a port for filling the device with a cross-linking agent connected to the feeder.
В частном случае реализации устройства порт для заправки устройства сшивающим агентом выполнен с возможностью подсоединения заправляющего шприца с системой luer lock.In a particular case of the implementation of the device, the port for filling the device with a crosslinking agent is configured to connect a filling syringe with a luer lock system.
В частном случае реализации устройства объем шприцев составляет 20 мл.In a particular implementation of the device, the volume of the syringes is 20 ml.
В частном случае реализации устройства сшивающим агентом является хлорид кальция.In a particular case of the implementation of the device, the crosslinking agent is calcium chloride.
В частном случае реализации устройства система управления содержит выключатель для включения и выключения ручного автономного устройства двухкомпонентной биопечати.In a particular case of the implementation of the device, the control system contains a switch for turning on and off the manual stand-alone device for two-component bioprinting.
В частном случае реализации устройства система управления содержит кнопку для управления запуском электро-ультразвукового модуля.In a particular case of the implementation of the device, the control system contains a button to control the launch of the electro-ultrasonic module.
В частном случае реализации устройства система управления содержит регулятор для управления мощностью пьезоэлектрического излучателя.In a particular case of the implementation of the device, the control system contains a controller for controlling the power of the piezoelectric emitter.
В частном случае реализации устройства включатель электромеханического модуля выполнен в виде 4-х позиционного включателя кулачкового типа.In a particular case of the implementation of the device, the switch of the electromechanical module is made in the form of a 4-position cam-type switch.
В частном случае реализации устройства система управления содержит курок, соединенный с 4-х позиционным включателем кулачкового типа.In a particular case of the implementation of the device, the control system contains a trigger connected to a 4-position cam-type switch.
В частном случае реализации устройства 4-х позиционный включатель кулачкового типа выполнен с возможностью управления шприцами.In a particular case of the implementation of the device, a 4-position cam-type switch is configured to control syringes.
В частном случае реализации устройства оно выполнено с возможностью подачи только одного материала в область раны в первой позиции 4-х позиционного включателя.In a particular case of the implementation of the device, it is made with the possibility of supplying only one material to the wound area in the first position of the 4-position switch.
В частном случае реализации устройства оно выполнено с возможностью подачи двух материалов во второй позиции 4-х позиционного включателя.In a particular case of the implementation of the device, it is made with the possibility of supplying two materials in the second position of the 4-position switch.
В частном случае реализации устройства оно выполнено выполненное с возможностью заднего хода штока одного шприца в третьей позиции 4-х позиционного включателя.In a particular case of the implementation of the device, it is made with the possibility of reversing the rod of one syringe in the third position of the 4-position switch.
В частном случае реализации устройства оно выполнено с возможностью заднего хода двух шприцев в четвертой позиции 4-х позиционного включателя.In a particular case of the implementation of the device, it is made with the possibility of reversing two syringes in the fourth position of the 4-position switch.
В частном случае реализации устройства приводы шприцов содержат валы с метрической резьбой, каретки, ШИМ контроллеры, двигатели постоянного тока.In a particular case of the implementation of the device, syringe drives contain shafts with metric threads, carriages, PWM controllers, and DC motors.
В частном случае реализации устройства каретки выполнены с фиксированным стабилизатором выполненном на базе метрических гаек, и узла подшипника-скольжения.In a particular case, the implementation of the carriage device is made with a fixed stabilizer made on the basis of metric nuts, and a plain bearing assembly.
В частном случае реализации устройства к каретке прикреплена консольная балка с фиксатором, выполненным с возможностью установки штока шприца.In a particular case of the implementation of the device, a cantilever beam is attached to the carriage with a latch made with the possibility of installing the syringe rod.
В частном случае реализации устройства система управления содержит два регулятора на основе поворотных потенциометров, выполненных с возможностью регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока таким образом, чтобы регулировать скорость работы шприцов.In a particular case of the implementation of the device, the control system contains two regulators based on rotary potentiometers, made with the ability to control the rotation speed of DC motors in such a way as to regulate the speed of the syringes.
В частном случае реализации устройство содержит индикатор, выполненный с возможностью указывания на исправность устройства.In a particular implementation, the device includes an indicator configured to indicate the health of the device.
В частном случае реализации устройства включатель электромеханического модуля состоит из курка и блока 2-х концевых выключателей нижнего, по отношении к продольной оси корпуса, уровня и верхнего, по отношении к продольной оси корпуса, уровня.In a particular case of the implementation of the device, the switch of the electromechanical module consists of a trigger and a block of 2 limit switches of the lower level, in relation to the longitudinal axis of the housing, and the upper level, in relation to the longitudinal axis of the housing.
В частном случае реализации устройства электро-ультразвуковой модуль соединен с блоком питания, стабилизатором напряжения, платой-генератором ультразвуковых волн.In a particular case of the implementation of the device, the electro-ultrasonic module is connected to a power supply, a voltage stabilizer, and a board-generator of ultrasonic waves.
В частном случае реализации устройства плата-генератор ультразвуковых волн выполнена с возможностью генерирования синусоидального сигнала ультразвукового диапазона частотой 2-2,4 МГц и передачи его на пьезоэлектрический излучатель.In a particular case of the implementation of the device, the board-generator of ultrasonic waves is configured to generate a sinusoidal signal in the ultrasonic range with a frequency of 2-2.4 MHz and transmit it to a piezoelectric emitter.
В частном случае реализации устройства биосовместимым мономером является альгинат.In a particular case of the implementation of the device, the biocompatible monomer is alginate.
В частном случае реализации устройства волокнистый переплетенный материал выполнен в виде ватного цилиндра.In a particular case of the implementation of the device, the fibrous interwoven material is made in the form of a cotton cylinder.
В частном случае реализации устройства пьезоэлектрический излучатель выполнен в виде пьезоэлектрического элемента кольцевого типа.In a particular case of the implementation of the device, the piezoelectric emitter is made in the form of a ring-type piezoelectric element.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
На фиг. 1 представлен внешний вид устройства и его основные элементы.In FIG. 1 shows the appearance of the device and its main elements.
На фиг. 2 представлено 3-х мерное представление устройства.In FIG. 2 is a 3D representation of the device.
На фиг. 3 представлен продольный разрез устройства.In FIG. 3 shows a longitudinal section of the device.
На фиг. 4 представлен поперечный разрез устройства.In FIG. 4 shows a cross section of the device.
На фиг. 5 представлена конструкция включателя электромеханического модуля.In FIG. 5 shows the design of the electromechanical module switch.
На фиг. 6 представлена схема печатающей головки с электро-ультразвуковым модулем.In FIG. 6 shows a diagram of a printhead with an electro-ultrasonic module.
На фиг. 7 представлен прототип устройства в сборке.In FIG. 7 shows the prototype of the device in the assembly.
На фиг. 8 представлен процесс печати и раневая поверхность, до печати и после, также показана образованная структура путем ее отрыва от раны.In FIG. 8 shows the printing process and the wound surface, before and after printing, also showing the structure formed by tearing it away from the wound.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Устройство выполнено в форм-факторе пистолета.The device is made in the form factor of a gun.
Устройство предназначено для применения в условиях ЧС и военного времени в полевых условиях с целью остановки кровотечения и индуцирования регенеративных процессов при ранениях легкой и средней степени тяжести. Остановка кровотечения происходит за счет образования тонкой (от 0.2 до 1 мм) гетерогенной конструкции, которая является механическим барьером, отделяющим внешнюю среду от внутренней полости раны, кроме того, в состав компонентов печати могут входить коагулянты, факторы свертывания крови, антибиотики и другие вещества ускоряющие процессы остановки кровотечения и регенерации ткани. Гетерогенность (наличие в материале 2 и более фаз) позволяет максимально эффективно оказывать эндогенный локальный терапевтический эффект. Нанесение и полимеризация биоактивного материала позволяет создать покрытие на раневой поверхности, обеспечивающее предотвращение попадания бактериальной инфекции в рану и благоприятные условия для ее ускоренного заживления. Такое покрытие является физиологичным и атравматичным, так как предотвращает высыхание раны и не требует замены повязок. Биоактивные материалы также усиливают пролиферацию эпидермальных фибробластов и биосинтез собственного коллагена. Для профилактики бактериального заражения и обезболивания возможно использование материалов с добавлением лекарственных средств (антибиотиков, анестетиков, наночастиц серебра).The device is intended for use in emergencies and wartime in the field to stop bleeding and induce regenerative processes in mild and moderate wounds. Bleeding is stopped due to the formation of a thin (from 0.2 to 1 mm) heterogeneous structure, which is a mechanical barrier that separates the external environment from the internal cavity of the wound; in addition, coagulants, blood clotting factors, antibiotics and other accelerating substances may be included in the print components. the processes of stopping bleeding and tissue regeneration. Heterogeneity (the presence of 2 or more phases in the material) makes it possible to provide the most effective endogenous local therapeutic effect. The application and polymerization of the bioactive material makes it possible to create a coating on the wound surface, which ensures the prevention of bacterial infection from entering the wound and favorable conditions for its accelerated healing. Such a coating is physiological and atraumatic, as it prevents the wound from drying out and does not require the replacement of dressings. Bioactive materials also enhance the proliferation of epidermal fibroblasts and the biosynthesis of their own collagen. For the prevention of bacterial infection and pain relief, it is possible to use materials with the addition of drugs (antibiotics, anesthetics, silver nanoparticles).
Используемым биосовместимым мономером является альгинат. Известно применение таких материалов в биомедицине. Так в работе Lee В.В., Bhandari В.R., Howes Т. Gelation of an alginate film via spraying of calcium chloride droplets // Chemical Engineering Science. - 2018. - T. 183. - C. 1-12. https://doi.Org/10.1016/j.ces.2018.02.049 получают механически устойчивые тонкие пленочные структуры, при контролируемом распылении хлорида кальция в среду с альгинатом натрия. В работе Aldawsari, M.F.; Ahmed, М.М.; Fatima, F.; Anwer, M.K.; Katakam, P.; Khan, A. Development and Characterization of Calcium-Alginate Beads of Apigenin: In Vitro Antitumor, Antibacterial, and Antioxidant Activities. Mar. Drugs 2021, 19,467. https://doi.org/10.3390/md19080467 получают устойчивые, антибактериальные сферические структуры на основе смеси альгината и хлорида кальция.The biocompatible monomer used is alginate. The use of such materials in biomedicine is known. So in the work of Lee V.V., Bhandari B.R., Howes T. Gelation of an alginate film via spraying of calcium chloride droplets // Chemical Engineering Science. - 2018. - T. 183. - C. 1-12. https://doi.Org/10.1016/j.ces.2018.02.049 mechanically stable thin film structures are obtained by controlled spraying of calcium chloride into a medium with sodium alginate. In Aldawsari, M.F.; Ahmed, M.M.; Fatima, F.; Anwer, M.K.; Katakam, P.; Khan, A. Development and Characterization of Calcium-Alginate Beads of Apigenin: In Vitro Antitumor, Antibacterial, and Antioxidant Activities. Mar. Drugs 2021, 19,467. https://doi.org/10.3390/md19080467 get stable, antibacterial spherical structures based on a mixture of alginate and calcium chloride.
На фиг. 8 представлена демонстрация процесса двухкомпонентной печати покрытия на открытой резаной раневой поверхности из альгината натрия (2% раствор), RPMI (среды для культур клеток и тканей) и CaCl2 (1% раствор) сшивающего агента с применением опытного образца разработанного устройства, также показана резаная рана до применения и после применения ручного автономного комплекса двухкомпонентной биопечати.In FIG. 8 shows a demonstration of the process of two-component printing of a coating on an open cut wound surface from sodium alginate (2% solution), RPMI (media for cell and tissue cultures) and CaCl 2 (1% solution) of a cross-linking agent using a prototype of the developed device, also shows a cut wound before and after application of a manual autonomous two-component bioprinting complex.
Предварительно выполняется подготовка устройства: При подготовке устройства к работе выполняется обеспечение электропитания устройства путем зарядки 2-х блочных аккумуляторов через 2-х секционный Micro-USB порт 1 расположенный на внешней панели аккумуляторного отсека 2. Проводится установка двух шприцов объемом 20 мл 3,4 с предварительно подготовленными суспензиями клеточного материала, например, со средой RPMI (англ. Roswell Park Memorial Institute medium) - среда для культур клеток и тканей. RPMI традиционно используется для выращивания клеток человека и применяется в 3-х мерной биопечати. Второй шприц заправляется, например, альгинатом натрия с последующей установкой в фиксаторы шприцов 5,6. Через порт 7 путем подсоединения заправляющего шприца с системой «luer lock» выполняется заправка устройства сшивающим агентом (например, хлорид кальция), далее заправляющий шприц отключается.The device is preliminarily prepared: When preparing the device for operation, the device is powered by charging 2 block batteries through a 2-section
Управление устройством: Для включения и выключения устройства необходимо перевести выключатель 8 находящийся на рукоятке 9 во фронтальное для включения, либо для выключения в тыльное положение по отношению к центральной оси рукоятки устройства. Далее необходимо произвести запуск электро-ультразвукового модуля, путем нажатия на кнопку 10. Регулятором 11 возможно управление мощностью ультразвукового излучателя.Device control: To turn the device on and off, it is necessary to move the
Электромеханический модуль обеспечивает независимую друг от друга работу шприцов. Благодаря прецизионной подстройки скорости вращения каждого из двигателей, скорость подачи материала каждого из шприцев точно регулируется, что позволяет варьировать соотношения жидкофазных материалов в образующейся при печати конструкции исходя из особенностей раневого поражения. Мануальное управление электромеханическим модулем осуществляется путем нажатия на курок 12. При нажатии на курок возможны 2 основных режима работы:The electromechanical module ensures independent operation of the syringes. Due to the precise adjustment of the rotation speed of each of the motors, the material feed rate of each of the syringes is precisely controlled, which allows varying the ratio of liquid-phase materials in the structure formed during printing, based on the characteristics of the wound lesion. Manual control of the electromechanical module is carried out by pressing the
- Режим инжекции (режим печати), при котором приводы шприцов с суспензией клеточного материала и раствора биосовместимого мономера обеспечивают подачу материалов в область раны (при этом скорость подачи каждого из материалов регулируется).- Injection mode (printing mode), in which the drives of syringes with a suspension of cellular material and a solution of a biocompatible monomer provide the supply of materials to the wound area (at the same time, the supply rate of each of the materials is regulated).
- Режим ре-инжекции (вспомогательный режим), при котором приводы шприцов с суспензией клеточного материала и раствора биосовместимого мономера обеспечивают обратный отток материалов и обратный ход приводящей системы (при этом скорость обратного хода каждого из материалов также регулируется). Такой режим необходим для перезарядки устройства, например, с целью замены израсходованных шприцов на новые.- Re-injection mode (auxiliary mode), in which the drives of syringes with a suspension of cellular material and a solution of a biocompatible monomer provide the reverse outflow of materials and the reverse motion of the drive system (while the reverse speed of each of the materials is also adjustable). This mode is necessary for recharging the device, for example, in order to replace used syringes with new ones.
Устройство встроенного 4-х позиционного включателя кулачкового типа обеспечивает независимое друг от друга управление одним или двумя шприцами:The device of the built-in 4-position switch of the cam type provides independent control of one or two syringes:
- Позиция 1. Не полное нажатие на курок (движение против часовой стрелки, к себе) и подача только одного материала в область раны;-
- Позиция 2. Полное нажатие на курок (движение против часовой стрелки, к себе) и автоматическое подключение 2-ого шприца, работа 2 шприцов;-
- Позиция 3. Не полное нажатие на курок (движение по часовой стрелки, от себя) и задний ход штока одного шприца;-
- Позиция 4. Полное нажатие на курок (движение по часовой стрелки, от себя) и подключение 2-ого шприца к заднему ходу.- Position 4. Fully pulling the trigger (moving clockwise, away from you) and connecting the 2nd syringe to the reverse.
Два регулятора 13,14, выполненные на основе поворотных потенциометров, позволяют точно регулировать скорости вращения двигателей постоянного тока и таким образом в конечном счете управлять скоростями подачи двух жидкофазных материалов в область раны, что дает возможность прецизионного варьирования соотношения компонентов в конечной структуре. Такая настройка соотношения необходима для: обеспечения максимальной универсальности устройства и обеспечения работы устройства с различными неоднородными дефектами, где на определенных этапах печати необходимо увеличить или уменьшить концентрацию одного из компонентов.Two
Основные внешние элементы печатающей головки: печатающая головка состоит из 3 основных внешних элементов, обеспечивающих транспорт и подачу материала: сопла 15, 16, 17, которые при нажатии на курок 12 выполняют подачу: - суспензии клеточного материала и раствор биосовместимого мономера в область раны через первое и второе сопла печатающей головки 15, 16, - струи аэрозоля сшивающего агента через третье сопло 17 печатающей головки. Индикатор 18 подсвечивает область печати и указывает на исправность устройства.The main external elements of the print head: the print head consists of 3 main external elements that ensure the transport and supply of material:
Краткое описание работы устройства. Образование материала с сшитой биоактивной структурой в области раны происходит за счет образования цилиндрического фронта аэрозоля. Геометрия фронта аэрозоля обусловлена кольцевой геометрией ультразвукового излучателя; также цилиндрический пучок аэрозоля возможно максимально точно сфокусировать в области печати и достичь работоспособности устройства в любом пространственном положении. Кольцевая геометрия излучателя обусловлена: возможностью установки металлизированного диффузора, который увеличивает энергию диссипации ультразвуковой волны и доступностью кольцевого форм-фактора пьезоэлектрических излучателей.Brief description of the operation of the device. The formation of a material with a cross-linked bioactive structure in the wound area occurs due to the formation of a cylindrical aerosol front. The geometry of the aerosol front is due to the annular geometry of the ultrasonic emitter; also, it is possible to focus a cylindrical aerosol beam as accurately as possible in the print area and achieve device operability in any spatial position. The ring geometry of the emitter is due to: the possibility of installing a metallized diffuser, which increases the dissipation energy of the ultrasonic wave, and the availability of the ring form factor of piezoelectric emitters.
Сшивающий агент поступает сфокусированной струей в область раны, куда одновременно с аэрозолем также подается суспензия клеточного материала и раствор биосовместимого мономера. Процесс печати выполняется за счет печатающей головки, включающей три сопла с конструкцией, которая обеспечивает одномоментное смешение 2-х компонентов и аэрозоля в области раны, тем самым формируя полимерный - сшитый биоматериал (в результате смешивания суспензии клеточного материала и раствора биосовместимого мономера происходит образование гетерогенной пленочной конструкции, при этом при подаче аэрозоля происходит сшивка поверхностного слоя мономера) способный останавливать кровотечение и запускать (ускорять) процессы активации свертываемости крови или регенерации ткани. Барьерный эффект, вызванный, образовавшейся при печати пленкой изолирует рану от внешней среды, биоматериал, инкапсулированный в структуру, запускает процессы регенерации, а дополнительные компоненты суспензий ускоряют коагуляцию и обеззараживают.The cross-linking agent enters in a focused jet into the wound area, where, simultaneously with the aerosol, a suspension of cellular material and a solution of a biocompatible monomer are also supplied. The printing process is carried out by a print head, which includes three nozzles with a design that provides simultaneous mixing of 2 components and an aerosol in the wound area, thereby forming a polymeric - cross-linked biomaterial (as a result of mixing a suspension of cellular material and a solution of a biocompatible monomer, a heterogeneous film is formed construction, while when applying an aerosol, the surface layer of the monomer is cross-linked) capable of stopping bleeding and starting (accelerating) the processes of activation of blood coagulation or tissue regeneration. The barrier effect caused by the film formed during printing isolates the wound from the external environment, the biomaterial encapsulated in the structure starts regeneration processes, and additional suspension components accelerate coagulation and disinfect.
Подробное описание устройства. Устройство напечатано PETG полимером, на FDM 3D принтере включая линейные направляющие корпуса 19, за исключением силовых передающих элементов, а именно: вал 20, электродвигатель постоянного тока 21 с редуктором 22 метрические гайки 23,24 и элементов электроники. Функциональность устройства основана на синхронной и параллельной работе двух модулей: электромеханическом (работа шприцевых насосов, их вспомогательных систем) и электроультразвуковом (распыление аэрозоля).Detailed description of the device. The device is printed with PETG polymer, on an
Электромеханический модуль состоит из двух приводов шприцев и одного 4-х позиционного включателя кулачкового типа.The electromechanical module consists of two syringe drives and one cam-type 4-position switch.
Приводы шприцев работают по принципу преобразования вращательного движения вала 20 с метрической резьбой в поступательное движение каретки 25. ШИМ контроллеры 26, 27 генерируют на выходе управляющие импульсы, которые поступают в 2 модуля приводов, состоящие из двигателей постоянного тока 21 и двух винтовых передач, каждая из которых состоит из подвижной на метрическом валу 20 каретки 25 с фиксированным стабилизатором выполненном на базе метрических гаек 23,24, расположенных оппозитно и узла подшипника-скольжения 28. Крутящий момент на валу от двигателя постоянного тока перемещает фиксированные в корпусе каретки 25 метрические гайки 23,24 и индуцирует линейное перемещение каретки вдоль линейного направляющего корпуса 19. К каретке жестко крепится консольная балка 29 с фиксатором, в который устанавливается перемещаемый шток шприца.Syringe drives operate on the principle of converting the rotational movement of the
4-х позиционный включатель электромеханического модуля кулачкового типа: состоит из следующих элементов: курок 12, установленный на оси корпуса 30, с кулачковой геометрией нижнего уровня 31, по отношении к продольной оси корпуса и верхнего 32, по отношении к продольной оси корпуса, который состоит из: блока 2-х концевых выключателей нижнего уровня 33 и верхнего уровня 34. Конструкция включателя обеспечивает 4 режима работы устройства.4-position switch of the electromechanical module of the cam type: consists of the following elements: the
Электро-ультразвуковой модуль (при его включении) функционирует одновременно с электромеханическим и обеспечивает полимеризацию материала, его питание обеспечивается дополнительным шлейфом по отдельной линии питания, для большей надежности устройства.The electro-ultrasonic module (when it is turned on) functions simultaneously with the electromechanical one and ensures the polymerization of the material, its power is provided by an additional loop through a separate power line, for greater reliability of the device.
От блока питания 35 напряжение подается на стабилизатор напряжения 36, от которого стабилизированный по напряжению сигнал поступает на плату-генератор ультразвуковых волн 37, на выходе которого генерируется синусоидальный сигнал ультразвукового диапазона частотой 2-2,4 МГц. Полученный сигнал поступает на пьезоэлектрический излучатель 38 кольцевого типа, который закреплен на металлической подложке в демпфирующем слое вязкоупругого силикона 39. Подача сшивающего агента к тыльной стороне, обращенной к питателю пьезоэлектрического кольца путем контактного взаимодействия с питателем, выполненным из волокнистого переплетенного материала 40, который аккумулирует и транспортирует сшивающий агент, приводит к конденсации и образованию струи аэрозоля сшивающего агента на фронтальной поверхности пьезоэлектрического излучателя кольцевого типа. Струя собирается фокусирующим соплом 41 и направляется в область раны через канал 42 в третье сопло 17 печатающей головки, куда также через первое и второе сопла 15, 16 печатающей головки подаются по трубкам 43, 44 суспензия клеточного материала и раствор биосовместимого мономера, которые под действием сфокусированной струи аэрозоля сшивающего агента полимеризуются образуют сшитую структуру.From the
ПримерExample
На фиг. 8 показана резаная раневая поверхность до и после печати с применением ручного автономного комплекса двухкомпонентной биопечати с ультразвуковой системой полимеризации - видна образованная пленка - покрытие на раневой поверхности, обеспечивающее остановку кровотечения, также на фиг. 8 показана образованная структура путем ее отрыва от раны. Эксперимент проводился на охлажденном до 5°С куске мяса (курица) с кожным покровом, в мышечной структуре которого под давлением прокачивается жидкость (среда для выращивания клеток и тканей типа RPMI) имитирующая по реологическим свойствам нормальную кровь человека.In FIG. 8 shows the cut wound surface before and after printing using a manual autonomous two-component bioprinting complex with an ultrasonic polymerization system - the formed film is visible - a coating on the wound surface that ensures bleeding stops, also in FIG. 8 shows the structure formed by detaching it from the wound. The experiment was carried out on a piece of meat (chicken) cooled to 5°C with skin, in the muscle structure of which a liquid is pumped under pressure (a medium for growing cells and tissues of the RPMI type) imitating normal human blood in rheological properties.
Claims (37)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2793065C1 true RU2793065C1 (en) | 2023-03-28 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU225524U1 (en) * | 2024-01-15 | 2024-04-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Handheld, self-contained bioprinting device for treating wound surfaces |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002282368A (en) * | 2001-03-27 | 2002-10-02 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Tool for coating adhesive on living body tissue |
| WO2011113436A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | Ferrosan Medical Devices A/S | A method for promotion of hemostasis and/or wound healing |
| KR20120026515A (en) * | 2009-05-06 | 2012-03-19 | 신세스 게엠바하 | Method and apparatus for applying a sealant |
| RU2505320C2 (en) * | 2007-12-31 | 2014-01-27 | Аккларент, Инк. | Mucosal tissue dressing and method for using it |
| RU139960U1 (en) * | 2013-07-10 | 2014-04-27 | Михаил Александрович Литинский | MEDICAL FOAM POLYURETHANE COATING AND DEVICE FOR ITS APPLICATION (OPTIONS) |
| RU2599033C2 (en) * | 2012-06-22 | 2016-10-10 | Зет-Медика, Ллк | Hemostatic device |
| EP3795193A1 (en) * | 2017-11-03 | 2021-03-24 | Baxter International Inc | Polymeric compositions, delivery devices, and methods |
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002282368A (en) * | 2001-03-27 | 2002-10-02 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | Tool for coating adhesive on living body tissue |
| RU2505320C2 (en) * | 2007-12-31 | 2014-01-27 | Аккларент, Инк. | Mucosal tissue dressing and method for using it |
| KR20120026515A (en) * | 2009-05-06 | 2012-03-19 | 신세스 게엠바하 | Method and apparatus for applying a sealant |
| WO2011113436A1 (en) * | 2010-03-15 | 2011-09-22 | Ferrosan Medical Devices A/S | A method for promotion of hemostasis and/or wound healing |
| RU2599033C2 (en) * | 2012-06-22 | 2016-10-10 | Зет-Медика, Ллк | Hemostatic device |
| RU139960U1 (en) * | 2013-07-10 | 2014-04-27 | Михаил Александрович Литинский | MEDICAL FOAM POLYURETHANE COATING AND DEVICE FOR ITS APPLICATION (OPTIONS) |
| EP3795193A1 (en) * | 2017-11-03 | 2021-03-24 | Baxter International Inc | Polymeric compositions, delivery devices, and methods |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU225524U1 (en) * | 2024-01-15 | 2024-04-23 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Handheld, self-contained bioprinting device for treating wound surfaces |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2021254536B2 (en) | Devices and methods for ablation of the skin | |
| EP3190980B1 (en) | Devices for co-delivery of liquid and powdered hemostats and sealants | |
| CA2745697C (en) | System for providing fluid flow to nerve tissues | |
| RU2793065C1 (en) | Manual stand-alone device for two-component bioprinting for the treatment of wound surfaces and a method for coating a wound surface with a manual stand-alone device | |
| KR20220000224A (en) | Portable spray device for Autologous platelet-rich plasma application | |
| RU225524U1 (en) | Handheld, self-contained bioprinting device for treating wound surfaces | |
| CN113116598B (en) | Biological glue coating device for artificial skin preparation | |
| Binder et al. | Human skin bioprinting: trajectory and advances | |
| CN110870804A (en) | Skin in-situ printing equipment | |
| CN219071799U (en) | Platelet-rich plasma treatment spray gun | |
| WO2023022675A1 (en) | Microfluidic injection device and method for use in cartilage repair | |
| JP2023025684A (en) | Applicator with dosing unit | |
| US20200352817A1 (en) | Devices and methods for generating periodic movements of a skin | |
| CN110870806A (en) | Skin in-situ printing equipment | |
| CN110870807A (en) | Skin in-situ printing equipment | |
| CN110870809A (en) | Skin in-situ printing mechanism | |
| CN110639099A (en) | Cell suspension atomizing device | |
| CN110870808A (en) | Skin in-situ printing mechanism |