一种4D变形血管生物打印机

一种4d变形血管生物打印机
技术领域
1.本实用新型涉及生物打印机，特别涉及一种4d变形血管生物打印机。


背景技术：

2.生物 3d 打印的快速发展为组织工程领域带来新的希望，但在制备高分辨率、具有特定功能复杂结构方面依然存在诸多挑战。另外，尽管生物打印技术在制造高度复杂的生物结构方面具有巨大的潜力，并且最近在 3d 生物打印方面取得了进展，但当前最关键的挑战是中空管状结构的打印。例如，脉管系统的打印是限制复杂组织和器官的 3d 生物打印的主要问题，因为在毛细血管和小静脉中，天然血管具有低至 8-20
ꢀµ
m 的内径，因此需要以足够高的分辨率打印中空结构。虽然有文章已经提出了一些管状空心结构生物印刷的方法，但这种方法仍然无法满足足够高的分辨率和多功能性、并且难以可控的方式生产出具有非常小的内径和结构复杂的管，来满足复杂血管组织工程的全部需要。
3.近年来研究人员开发了4d 生物打印技术，其具有响应内在或外部刺激的嵌入式形状转换能力，可以解决上述难点，并且能更精确地模拟天然组织的动力学。4d生物打印方法是基于 3d 生物打印技术中刺激响应生物材料的集成，用于制造生物活性构建体，该构建体可以在期望的刺激(例如浸入水中)下改变其形状，以实现特定的功能。
4.而目前的生物打印机主要将生物墨水通过较细的针头，挤出成细丝，通过细丝在三维空间的堆叠，形成立体结构，而生物墨水的保真度、墨水通过针头时较高的剪切力也会对细胞活性造成影响；还需要专门的三维建模软件进行编程，利用其来打印成条带状薄膜从而制造中空管状结构时，需要建立多个模型来探索不同的打印参数；另外现有的生物打印机价格高昂，难以大范围推广使用。
5.中国专利202110394531 .3公开了一种人工血管打印机，通过喷嘴装置喷射的不同材料制作成血管的血管绕制装置和用于驱动所述血管绕制装置旋转的第一驱动装置；在所述底座上设置有支撑架；所述导轨设置在所述底座上；所述滑板与所述导轨滑动连接；所述血管绕制装置与第一驱动装置均设置在所述滑板上；在所述底座上设置有用于与驱动所述滑板前后移动的第四驱动装置；所述第一驱动装置与所述血管绕制装置传动连接；所述支撑架与所述喷嘴装置滑动连接；在所述血管绕制装置上设置有用于调整血管长度的调整装置，但该专利依然存在结构复杂，不易操作，采购成本相对较高的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种操作简单并且可以同时打印不同生物墨水的4d变形血管生物打印机：
7.一种4d变形血管生物打印机，包括打印机底座，所述打印机底座的两端连接有位移单元，位移单元上连接有挤出单元，所述位移单元用于带动挤出单元做水平方向的移动，所述挤出单元压接有注射单元，挤出单元用于将注射单元内的溶液挤出在打印机底座上设有的载片上。
8.所述位移单元包括第一丝杆和第一电机，打印机底座的侧部固定连接第一电机，第一电机固定连接第一丝杆，第一丝杆两侧设有导向杆，所述导向杆的两端与打印机底座固定连接；
9.第一丝杆上设有与其螺纹配合的移动滑块，同时移动滑块的两侧与导向杆滑动连接。
10.所述挤出单元包括挤压座、压块和压片，所述挤压座包括上端面和下端面，上端面和下端面之间通过设有第一空心支柱和第二空心支柱相连接，上端面和下端面上分别开设有与第一空心支柱和第二空心支柱联通的通孔，并且上端面的通孔之间相互联通；
11.压块设在第一空心支柱内，并沿着第一空心支柱上下运动，压块连接有上下的驱动机构；
12.压片设在第二空心支柱内，并沿着第二空心支柱上下运动，压块与压片之间通过连杆连接；
13.第一空心支柱侧面开设有多个滑槽，所述滑槽与第二空心支柱侧面开设的滑槽相对应。
14.所述压块的同一水平面内固定连接有多个压片；
15.第一空心支柱的外围分布有多个第二空心支柱；
16.所述压片的数量和第二空心支柱以及第一空心支柱侧面开设有的滑槽相对应。
17.所述驱动机构包括移动滑块的上部固定连接的第一底座，第一底座的上部固定连接有第二底座，第二底座固定连接有第二电机，所述第二电机固定连接有竖直方向的第二丝杆，第二丝杆穿过第二底座进入第一空心支柱，第一空心支柱与压块之间螺纹配合。
18.所述注射单元包括注射器和鲁尔接头延长管，注射器上针筒的上端卡接于第二空心支柱的底部，并且针筒的下部穿过挤压座和第一底座的上部进入第一底座内，注射器上的活塞柄与压片配合，注射器的出口端连接有鲁尔接头延长管，鲁尔接头延长管连接有喷头，所述喷头穿过移动滑块位于打印机底座的上部。
19.所述喷头的形状可选为矩形。
20.所述第一电机和第二电机均连接有控制器。
21.本实用新型所具有的有益效果为：
22.1. 本实用新型采用两台电机，第一电机负责生物墨水的挤出（控制打印压力），第二电机负责喷头横向的移动(控制打印速度)，通过控制器来调节电机的转速，以便控制打印效果，打印出规则均匀的条带状薄膜，所采用的生物墨水具有刺激响应性，印刷的薄膜受到刺激后可以快速折叠成管状结构。本实用新型具有操作简便，调节速度快的特点。
23.2. 本实用新型搭配矩形的喷嘴，通过调节电机的转速，将生物墨水挤出到喷嘴下方的载玻片上，一次成型出条带状薄膜，并且生物墨水通过矩形喷嘴时的剪切力较小，可以减小对细胞的损伤。
24.3. 本实用新型的体积较小，可以直接放进细胞间的超净台上进行工作，对配置好的生物墨水可以直接进行打印，确保细胞具有较好的存活率。
25.4. 本实用新型中可以挤出含有不同细胞的多种生物墨水，通过不同材料的分区制造，然后进行4d变形折叠，可以满足血管的多壁结构。
附图说明
26.图1为本实用新型的结构示意图；
27.图2为本实用新型的俯视图；
28.图3为本实用新型的主视图；
29.图4为本实用新型的侧视图；
30.图5为本实用新型中挤压支座的结构示意图；
31.图6为本实用新型中挤压支座的俯视图；
32.图7为本实用新型中挤压支座的仰视图；
33.图8为本实用新型中挤出单元的结构图。
具体实施方式
34.下面结合附图对本实用新型进一步描述。
35.如图1-8所示，一种4d变形血管生物打印机，包括打印机底座3，所述打印机底座3的两端连接有位移单元，位移单元上连接有挤出单元，所述位移单元用于带动挤出单元做水平方向的移动，所述挤出单元压接有注射单元，挤出单元用于将注射单元内的生物溶液挤出在打印机底座上设有的载片12上。
36.所述位移单元包括第一丝杆4和第一电机1，打印机底座3的侧部固定连接第一电机1，第一电机1的电机轴固定连接第一丝杆4，第一丝杆4水平设置，第一丝杆4两侧设有导向杆4，所述导向杆4的两端与打印机底座3固定连接；第一丝杆4上设有与其螺纹配合的移动滑块9，同时移动滑块9的两侧与导向杆4滑动连接。工作时，第一电机1转动，第一丝杆4将带动移动滑块9以及移动滑块9上方的挤出单元和注射单元沿着导向杆4做水平直线运动。
37.所述挤出单元包括挤压座、压块和压片，所述挤压支座16包括上端面和下端面，上端面和下端面之间通过设有第一空心支柱16-1和第二空心支柱16-2相连接，上端面和下端面上分别开设有与第一空心支柱16-1和第二空心支柱16-2联通的通孔，并且上端面的通孔之间相互联通；压块13设在第一空心支柱16-1内，压块13沿着第一空心支柱16-1的上下方向运动，压块连接有上下的驱动机构；压片15设在第二空心支柱16-2内，并沿着第二空心支柱16-2的上下方向运动，压块13与压片15之间通过连杆连接；第一空心支柱16-1的侧面开设有多个滑槽，所述滑槽与第二空心支柱16-2侧面开设的滑槽相对应。
38.所述压块13的同一水平面内固定连接有多个压片15；第一空心支柱16-1的外围分布有多个第二空心支柱16-2，所述压片15的数量和第二空心支柱16-2以及第一空心支柱16-1侧面开设有的滑槽相对应。
39.具体的，第一空心支柱16-1的外围均匀分布有三个第二空心支柱16-2，第一空心支柱16-1侧面开设有三个滑槽，所述第一空心支柱16-1上的滑槽与第二空心支柱16-2侧面开设的滑槽相对应；所述压块13的同一水平面内均匀分布有三个压片15，压块13与压片15之间通过连杆固定连接，所述压块13带动三个压片15可沿着第二丝杆10在第二底座7内做上下垂直运动。
40.所述驱动机构包括挤压座16外围设有的第二底座7，第二底座7的下部固定连接有第一底座8，第一底座8的下部固定连接在移动滑块9上，第二底座7的上部固定连接有第二电机6，所述第二电机6的电机轴固定连接有第二丝杆10，第二丝杆10竖直设置，第二丝杆10
穿过第二底座7进入第一空心支柱16-1内，第一空心支柱16-1与压块之间螺纹配合。
41.所述注射单元包括注射器和鲁尔接头延长管，第二空心支柱16-2向外的侧面开设有滑槽，便于将注射器放置与第二空心支柱16-2内，注射器上针筒的上端卡接于第二空心支柱16-2的底部，并且针筒的下部穿过挤压座和第一底座的上部进入第一底座内，注射器上的活塞柄与压片配合。注射器的出口端连接有鲁尔接头延长管，鲁尔接头延长管连接有矩形的喷头11，所述喷头穿过移动滑块位于打印机底座的上部。
42.所述第一电机1和第二电机6均连接有控制器，通过控制器同时调节步第一电机和第二电机可以控制打印出条带状薄膜的厚度、长度。
43.工作过程：
44.将配置好的生物墨水，在细胞间超净台上吸入到注射器中，完成生物墨水的准备，通过控制器调节第二电机6，使压块13和压片15一同升起，将注射器放入到第一底座8的通孔内，调节第二电机6使与注射器尾部刚好接触时停止，完成生物墨水装填及打印机的调节，注射器通过鲁尔接头延长管与移动滑块9上的喷嘴11进行连接，调节第二电机6可以控制生物墨水的挤出速度，调节第一电机1控制横向的打印速度，可通过控制器同时调节第一电机1和第二电机6来控制打印出条带状薄膜的厚度，其中薄膜厚度对折叠性能有较大的影响。
45.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本实用新型保护内容的限制。
46.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。
47.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。