本發(fā)明涉及組織工程技術領域，更具體地說，涉及一種細胞支架制備系統(tǒng)。此外，本發(fā)明還涉及一種應用于上述細胞支架制備系統(tǒng)的方法。
背景技術：
美國國家科學基金委員會提出了組織工程的定義：基于結(jié)構與功能間的關系，將工程學及生命科學的基本原理應用于哺乳動物的正常及病理組織當中，用于恢復、維持或者改善組織功能的生物替代品的發(fā)展。構成組織工程的三要素包括：細胞、支架、生長因子。細胞是一切生物組織最基本的結(jié)構單位，支架為細胞成長為一個完整的組織提供支撐，生長因子可以引導、協(xié)調(diào)細胞活動。
目前，在控制細胞支架體內(nèi)降解速度與細胞生長繁殖相匹配方面；在控制支架具有要求的三維形態(tài)結(jié)構方面以及在對生長因子的生物活性保護及控制釋放方面等都還存在著許多棘手的問題未能得到解決。
支架在組織工程中有著至關重要的作用，需具備以下幾個特點：
具有較高的孔隙率和內(nèi)部連通的三維網(wǎng)狀結(jié)構，可以為細胞的黏附提供支撐點，并便于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝廢物的運輸；具有良好的生物相容性、可控的降解性和可吸收性，可加工為三維結(jié)構；具有適當?shù)谋砻婊瘜W性質(zhì)，以利于細胞的黏附、增殖、分化；可根據(jù)不同組織的要求，調(diào)控合適的力學性能。
目前，常用的組織工程細胞支架制備工藝組要分為致孔法和冷凍干燥技術和靜電紡絲工藝三大類。
致孔法存在力學強度低、造孔劑的殘留這兩個嚴重問題，造孔劑的殘留會影響細胞的附著與生長從而導致組織敗壞死亡。
冷凍干燥技術會存在構建的三維支架孔尺寸較小的缺點導致細胞不能順利穿透支架到達其結(jié)構內(nèi)部，仍有較多細胞粘附在支架表面，這種狀況對細胞的正常增殖和組織的全面修復降幅產(chǎn)生不利的影響；且有機溶劑的殘留會影響生物活性因子或細胞的培養(yǎng)。
靜電紡絲工藝的溶液電紡制備的生物支架存在著不可避免的不可忽視的缺陷，溶液靜電紡絲法存在的溶劑殘留和回收成本高等問題限制了其在生物醫(yī)學領域的應用。
綜上所述，如何提供一種便于細胞支架成型裝置和方法，是目前本領域技術人員亟待解決的問題。
技術實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種細胞支架制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠便于制造細胞支架。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于實現(xiàn)上述細胞支架制備系統(tǒng)的方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
一種細胞支架制備系統(tǒng)，包括：
用于接收噴印材料的收集裝置；
用于帶動收集裝置移動的可運動平臺；
用于噴射噴印材料以形成細胞框架的注射泵第一噴頭，所述注射泵第一噴頭連接用于提供熱源以產(chǎn)生熔融狀態(tài)的噴印材料的加熱裝置和高壓靜電場裝置，所述高壓靜電場裝置用于使所述注射泵第一噴頭內(nèi)高溫熔融狀態(tài)下的噴印材料噴射至收集裝置；所述高壓靜電場裝置與計算機連接，所述注射泵第一噴頭設置于所述收集裝置的上方；
用于向所述細胞框架噴射生物墨的注射泵第二噴頭，所述注射泵第二噴頭設置于所述收集裝置的上方；
計算機，用于控制所述注射泵第一噴頭和所述注射泵第二噴頭的逐層噴射，并用于控制可運動平臺相對于所述注射泵第一噴頭的移動。
優(yōu)選的，所述注射泵第一噴頭的噴印頭尖端與所述收集裝置的收集平面之間的距離范圍為0.5至3毫米。
優(yōu)選的，所述可運動平臺為水平移動平臺，所述水平移動平臺還連接豎直移動裝置，以便完成單層噴印后進行豎直移動。
優(yōu)選的，所述注射泵第一噴頭和所述注射泵第二噴頭均設置在注射泵支架上，所述加熱裝置為高壓模塊，或所述加熱裝置為所述高壓靜電場裝置。
優(yōu)選的，所述注射泵第一噴頭的注射針頭的內(nèi)徑范圍為200微米至250微米。
優(yōu)選的，所述噴印材料為人工合成的PLA高分子材料；
和/或所述計算機通過運動控制裝置連接所述可運動平臺，所述運動控制裝置包括機械手控制裝置、減速器控制裝置和機電控制裝置中的一種或多種。
一種細胞支架制備方法，應用于上述任意一項所述的細胞支架制備系統(tǒng)，包括：
S1：加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料；
S2：計算機控制所述注射泵第一噴頭向收集裝置的成型位置噴印以形成細胞框架，所述計算機控制可運動平臺移動，以便所述細胞框架移動到注射泵第二噴頭的噴印位置；
S3：所述計算機控制所述注射泵第二噴頭向所述細胞框架噴印生物墨；所述計算機控制所述可運動平臺移動，使所述成型位置移動至所述注射泵第一噴頭的噴印位置；判斷是否噴印完成，若為否，則返回S2。
優(yōu)選的，所述加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料，包括：
利用高壓電裝置加熱所述注射泵第一噴頭中的噴印材料，所述噴印材料為人工合成的PLA高分子材料。
本發(fā)明提供的細胞支架制備系統(tǒng)能夠?qū)⑷廴跔顟B(tài)的噴印材料通過高壓靜電場裝置的作用可以形成靜電紡絲，從而在收集裝置上形成較為精確的細胞框架，直寫靜電紡絲技術可以實現(xiàn)材料的路徑精確可控，以實現(xiàn)具有精確結(jié)構的細胞支架。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明所提供的一種細胞支架制備系統(tǒng)的連接示意圖。
圖1中：
1為計算機、2為可運動平臺、3為高壓靜電場裝置、4為雙噴頭注射泵、5為收集裝置、6為運動控制裝置。
具體實施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
本發(fā)明的核心是提供一種細胞支架制備系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠便于制造細胞支架。本發(fā)明的另一核心是提供一種用于操作上述細胞支架制備系統(tǒng)的方法。
請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供的一種細胞支架制備系統(tǒng)的連接示意圖。
本發(fā)明所提供的一種細胞支架制備系統(tǒng)，在結(jié)構構成上主要包括收集裝置5、可運動平臺2、注射泵第一噴頭、注射泵第二噴頭和計算機1。
其中，收集裝置5用于接收噴印材料，接收指的是接收注射泵第一噴頭、注射泵第二噴頭向其噴射的噴印材料，并形成細胞框架和最終的細胞支架，也就是說收集裝置5為用于設置產(chǎn)品的裝置，可以是一個容器或者為一個平面結(jié)構?？蛇\動平臺2用于帶動收集裝置5進行移動，移動具體可以包括水平移動、豎直移動等多種移動方式。
注射泵第一噴頭用于向收集裝置5噴射噴印材料，以便形成噴印材料構成的細胞框架，注射泵第一噴頭連接加熱裝置，加熱裝置用于提供熱源以產(chǎn)生熔融狀態(tài)的噴印材料，熔融狀態(tài)的噴印材料可以由注射泵第一噴頭向收集裝置5噴射，注射泵第一噴頭設置于收集裝置5的上方。上方為注射泵第一噴頭和收集裝置5的相對位置關系，可以為上下結(jié)構，也可以為具有一定水平轉(zhuǎn)角的相對位置關系，以便在實際使用時，注射泵第一噴頭向收集裝置5進行噴射。注射泵第一噴頭還與高壓靜電場裝置3連接，高壓靜電場裝置3用于利用高壓靜電場使注射泵第一噴頭內(nèi)高溫熔融狀態(tài)下的噴印材料噴射至收集裝置5；高壓靜電場裝置3與計算機1連接。
注射泵第二噴頭用于向細胞框架噴射生物墨，注射泵第二噴頭設置于收集裝置5的上方。計算機1用于控制注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭的逐層噴射，并用于控制可運動平臺2相對于注射泵第一噴頭的移動。
需要說明的是，上述高壓靜電場裝置3為設置在注射泵第一噴頭和收集裝置5之間的靜電場，能夠通過產(chǎn)生的靜電場起到使注射泵第一噴頭內(nèi)的噴印材料噴至收集裝置5的作用。
兩個注射泵噴頭用于產(chǎn)生熔融狀態(tài)的噴印材料和生物墨，兩個注射泵噴頭可以同時設置在一個雙噴頭注射泵4上。收集裝置5用于接收噴印材料和生物墨。
需要說明的是，上述熔融狀態(tài)的噴印材料通過高壓靜電場裝置3的作用可以形成靜電紡絲，從而在收集裝置5上形成較為精確的細胞框架，直寫靜電紡絲技術可以實現(xiàn)材料的路徑精確可控，以實現(xiàn)具有精確結(jié)構的細胞支架。
本發(fā)明所提供的細胞支架制備系統(tǒng)能夠通過注射泵第一噴頭和高壓靜電場裝置3的配合形成熔融狀態(tài)材料的靜電紡絲技術，并通過可運動平臺2帶動收集裝置5的移動，以便形成注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭的交替工作，使二者能夠?qū)崿F(xiàn)逐層打印，具體地，逐層打印的步驟可以參考下述內(nèi)容：注射泵第一噴頭噴印出細胞框架，通過可運動平臺2的移動使細胞框架移動到裝有生物墨的注射泵第二噴頭下面，進而將生物墨從注射泵第二噴頭噴向細胞框架的間隙中，形成第一層結(jié)構，然后再次通過可運動平臺2的移動使收集裝置5向注射泵第一噴頭方向移動，噴印第二層細胞框架，進行循環(huán)的疊加打印，最后形成細胞-材料復合物。
在上述實施例的基礎之上，注射泵第一噴頭的噴印頭尖端與收集裝置5的收集平面之間的距離范圍L為0.5至3毫米。本實施例所提供的注射泵第一噴頭與收集裝置5的收集平面之間間距保持在0.5至3毫米之間，具有極小的噴射距離，能夠在保證高壓靜電場作用的前提下，進一步地保證噴印的效果。
在上述實施例的基礎之上，可運動平臺2具體可以為水平移動平臺，水平移動平臺還連接豎直移動裝置，以便完成單層噴印后進行豎直移動。由于上述實施例中提供的噴印方式中需要兩個噴頭依次作用噴涂，所以可運動平臺2需要在水平方向上提供移動作用。當然，由于噴印的方法為逐層噴印，所以在制作過程中，需要調(diào)整噴印頭的高度，調(diào)整高度的過程可以通過豎直移動裝置來實現(xiàn)。
在上述任意一個實施例的基礎之上，注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭均設置在注射泵支架上，通過注射泵支架將二者進行固定。可選的，上述注射泵第一噴頭和注射泵第二噴頭可以為同一個注射裝置，注射裝置具有不同的儲料腔，從而實現(xiàn)不同類型材料的儲存。
可選的，上述實施例中加熱裝置為高壓模塊，或加熱裝置為高壓靜電場裝置3。需要說明的是，加熱裝置可以采用高壓電的形式對材料進行加熱，加熱速度快，且溫度可控。當然，加熱裝置并不局限于上述提供的形式，也可以選用現(xiàn)有技術中其他類型的加熱裝置。
在上述任意一個實施例的基礎之上，注射泵第一噴頭的注射針頭的內(nèi)徑范圍為200微米至250微米。
可選的，內(nèi)徑可以具體為232μm，在噴印距離為0.5至3mm近場靜電條件下，可以直寫出直徑為50至500nm的纖維結(jié)構。
在上述任意一個實施例的基礎之上，噴印材料可以為人工合成的PLA高分子材料。通過將人工合成的PLA高分子材料加熱兵進行噴印，可以得到結(jié)構精度較高的聚合物纖維結(jié)構。
從產(chǎn)品的角度來看，本發(fā)明采用的人工合成的PLA高分子材料作為熔融材料制作細胞支架，不需要引入有毒的溶劑，與傳統(tǒng)的溶液靜電紡絲方法相比，對于后續(xù)的支架細胞培養(yǎng)并植入人體機體的組織或器官病損部位進行修復具有明顯的優(yōu)勢。
在一個具體的實施例中，上述計算機1通過運動控制裝置6連接可運動平臺2，運動控制裝置6包括機械手控制裝置、減速器控制裝置和機電控制裝置中的一種或多種。
可選的，由于采用計算機1作為可運動平臺2的控制機構，二者之間的傳動設備類型不唯一，任何一種能夠接收計算機1控制，并將運動傳遞給可運動平臺2的機構均屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
可選的，上述運動控制裝置6可以為雅科貝思電機。
除了上述各個實施例所提供的細胞支架制備系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種應用于上述細胞支架制備系統(tǒng)的細胞支架制備方法。
該細胞支架制備方法可以應用于上述任意一個的細胞支架制備系統(tǒng)的使用中，操作方法具體可以包括以下步驟：
步驟S1、加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料。
步驟S2、計算機控制注射泵第一噴頭向收集裝置的成型位置噴印以形成細胞框架，計算機控制可運動平臺移動，以便細胞框架移動到注射泵第二噴頭的噴印位置。
步驟S3、計算機控制注射泵第二噴頭向細胞框架噴印生物墨；計算機控制可運動平臺移動，使成型位置移動至注射泵第一噴頭的噴印位置；判斷是否噴印完成，若為否，則返回步驟S2。
在上述方法的基礎之上，步驟S1中加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料，的步驟，具體可以包括：
利用高壓電裝置加熱注射泵第一噴頭中的噴印材料，噴印材料為人工合成的PLA高分子材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比較具有以下突出實質(zhì)性特點和顯著技術進步：
本發(fā)明引入的熔融靜電紡絲成形工藝用于成形具有適合細胞生長的細胞支架?；谌廴陟o電紡絲成形工藝是一種在計算機系統(tǒng)精確控制下能夠成形具有直徑為50～500nm的聚合物纖維。
本發(fā)明將直寫靜電紡絲技術應用于細胞支架的成形，直寫靜電紡絲技術可以實現(xiàn)纖維的沉積路徑精確可控，可構建空隙適合細胞生長的細胞支架。
本發(fā)明采用的熔融材料不需要引入有毒的溶劑，與傳統(tǒng)的溶液靜電紡絲方法相比，將該復合物植入機體的組織或器官病損部位，隨著生物材料在體內(nèi)逐漸被降解和吸收，植入的細胞在體內(nèi)不斷增殖并分泌細胞外基質(zhì)，最終形成相應的組織或器官，從而達到修復創(chuàng)傷和重建功能的目的，且對于后續(xù)的支架細胞培養(yǎng)并植入人體機體的組織或器官病損部位進行修復具有明顯的優(yōu)勢。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
以上對本發(fā)明所提供的細胞支架制備系統(tǒng)及方法進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。