本发明专利技术提供了一种三维生物打印系统，包括三维模型设计工作站和三维生物打印机，所述三维生物打印机包括打印头、墨盒和打印平台，其特征在于所述打印平台带有制冷装置。本发明专利技术还提供了一种利用三维打印系统制备神经再生植入体的方法。本发明专利技术可以广泛应用于各类细胞外基质分子以及多糖类分子支架的构建成型，且可以精确控制支架的形态和相应参数。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医学工程和医疗
，涉及神经再生植入体成型制备领域， 特别涉及。
技术介绍
由各种交通事故、创伤或自然灾害造成的人体外周神经组织损伤或缺损会导致神 经功能障碍，传统的修复方法是自体组织移植术，被认为是神经损伤修复的金标准，但是这 种方法虽然可以取得满意疗效，但它是以牺牲自体健康组织为代价的办法，并且供体器官 来源极为有限，另外，因免疫排斥反应需长期使用免疫抑制剂，所以可能会导致很多并发症 及附加损伤。自80年代科学家首次提出“组织工程学”概念以后，组织工程技术已经为众 多的组织缺损、器官功能衰竭病人的治疗带来了曙光，组织工程中的三要素主要包括种子 细胞、支架材料以及细胞生长的微环境，而其中支架材料是用于支撑细胞成长为一个完整 的组织的框架材料，因此成为组织工程研究及其临床应用的关键之一。用于神经再生的理 想的组织工程支架材料应具有以下特点良好的生物组织相容性，不引起机体的免疫排斥 反应，无毒性；具有生物可降解性及降解可调节性，可塑性和一定的机械强度；有一定孔隙 率，良好的表面活性，维持生长其上的细胞形态和表型；并能增进细胞的黏附和增殖，诱导 组织再生。目前，组织工程生物支架材料主要分两大类天然生物材料(如脱细胞细胞外基 质，多糖，丝素蛋白及胶原等)和人工合成的可降解材料(如聚羟基乙酸及其复合物、聚乳 酸、聚乳酸和聚羟基乙酸共聚物等)。天然生物材料突出的优点在于生物相容性好，与细 胞外基质结构相似，利于细胞的黏附、增殖和分化，毒性小，易降解，降解产物被人体吸收后 不产生炎症，所以在组织工程中作为细胞培养的支架材料具有人工合成材料所不可比拟的 优势。鉴于上述原因，采用天然生物材料制备适用于人体神经再生的组织工程支架已经成 为人们研究的热点，但大多数文献中报导的支架成型方法(如粒子致孔法、静电纺丝法、冻 干法等)往往存在着制备时间长，有机溶剂残留以及力学性能差等问题，在一定程度上限制 了其应用。近年来，三维打印技术在制备组织工程用天然生物材料支架方面得到了快速发展 和应用。三维打印技术最早是由美国麻省理工学院Emanual Sachs等人1989年开发的， 是一项基于喷射型的快速成型技术，它首先借助计算机辅助设计(CAD)技术制备所打印物 体的STL电子文档模型，然后依据“逐层打印，层层叠加”的原理来打印具有特殊外形或复 杂内部结构的物体。其成型过程不受任何几何形状的限制，打印位置、打印次数和打印速 度都可以随意控制，不同的材料可以通过不同喷头打印，打印的物质可以是溶液、悬浮液或 乳液，因此，三维打印可以很容易控制局部材料组成、微观结构以及表面特性。另外该技 术具有操作方便、加工过程灵活、成型速度快、运行费用低且可靠性高的特点，现在已成为 快速成型
最有生命力的新技术之一。文献Porous Ti6A14V scaffold directly fabricating by rapid prototypingCJia Ping L1. Biomaterials 2006，27 1223 - 1235)公开了将Ti6A14V粉末溶解于有机溶剂中制备获得Ti6A14V胶状物，然后将该胶状物放入打印机“墨盒”中，按照三维打印机中的CAD模型，成功打印出了纤维状的Ti6A14V (容易干燥成型)，并制备了具有多孔结构的矩形块状体，最后进一步对该多孔块状体进行烧结成型，并证实了该打印的多孔状Ti6A14V块状体具有促进骨细胞粘附和生长的功能， 在组织工程领域具潜在应用价值。文献3D Fiber-Deposited Electrospun Integrated Scaffolds Enhance Cartilage Tissue Formation (Lorenzo Moron1. Adv. Funct. Mater. 2008, 18，53 - 60)公开了联合应用三维打印技术和熔融静电纺丝法则成功制备出了 ΡΕ0Τ/ΡΒΤ聚合物的多孔状结构，该多孔状聚合物结构同样具有较好的促进细胞生长的作用 ° 此夕卜，文献 Incorporation of growth factor containing Matrigel promotes vascularization of porous PLGA scaffolds (M. ff. Laschke, J Biomed Mater Res 85A:397 - 407，2008)报导了将熔融的PLGA用三维打印机打印成多孔网状结构，并负载生长因子用于血管再生，发现负载生长因子的多孔PLGA网状支架能较快的促进组织工程化血管的构建。上述用到的材料主要涉及无机材料以及人工合成高分子材料，这类材料往往具有较好的力学性能、耐高温性能以及容易加工成型等特点，所以比较容易用于三维打印成型制备领域。利用三维打印成型的这类材料已被尝试用于骨组织、皮肤组织、神经组织以及心血管组织等的修复，且取得了一定的初步研究成果。但是，对于一些天然生物材料(细胞外基质蛋白、多糖类分子以及丝素蛋白类分子等)来说，由于其性质的特殊性，如不耐高温、易变性、配制溶液后具有流动性等不易加工成型的特点，在很大程度上限制了其在三维打印成型领域的应用。目前用于组织工程的天然生物材料三维打印技术主要包括热注入打印技术、压电打印技术、激光打印等方法，其打印成型方法主要包括沉淀法、热固法、注入模塑法和交联法。其中，只有少量文献报导了将天然生物材料跟人工合成材料复合用以三维打印成型的研究，文献 “Fabrication of 3D chitosan - hydroxyapatite scaffolds ” ( T. H. Ang. Materials Science and Engineering C 2002, 20: 35 - 42)米用三维打印技术和沉淀法相结合的方法，利用不可溶解性的特点，将壳聚糖和羟基磷灰石混合液打印到NaOH和乙醇的混合溶液中，形成一种类似水凝胶的沉淀物，然后对该沉淀物进行冻干成型，获得了壳聚糖和羟基磷灰石的复合支架。尽管将天然生物材料壳聚糖进行了打印成型，但是在打印的过程中主要还是借助了羟基磷灰石的作用来提高成型物的力学性能，而且由于是直接打印在溶液里成型，因此难以控制成型物形状的稳定性，支架形态易发生变化，另外，由于天然生物材料具有特定的生物学特性(构象变化，容易变性等)，因此不是所有这类材料都适用于沉淀法成型。目前，尚无文献报道将三维打印技术专门应用于单独一种天然生物材料
技术实现思路
本专利技术针对现有技术不足，提供了，通过控制打印平台冷冻温度，在较短时间内使材料分子冷冻成型，尤其是对于一些容易变性的天然生物材料，不仅能使不易成型的天然生物材料液体快速冷冻成型且能够保留其在溶液中的构象以及生物活性。本专利技术具体技 术方案如下一种三维生物打印系统,包括三维模型设计工作站和三维生物打印机,所述三维生物打印机包括打印头、墨盒和打印平台，所述打印平台带有制冷装置。上述三维模型设计工作站可采用本领域常规使用的方法进行计算机辅助设计 (CAD)建模。这些设计可来源于对天然器官或组织的数字化图像重构。例如可通过对人体非侵害的扫描(如MRI或CT)或精细分层的三维重构等得到图像数据，也可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维生物打印系统，包括三维模型设计工作站和三维生物打印机，所述三维生物打印机包括打印头、墨盒和打印平台，其特征在于所述打印平台带有制冷装置。
【技术特征摘要】
1.一种三维生物打印系统，包括三维模型设计工作站和三维生物打印机，所述三维生物打印机包括打印头、墨盒和打印平台，其特征在于所述打印平台带有制冷装置。2.根据权利要求1所述的三维生物打印系统，其特征在于所述打印平台还带有温控装置。3.一种利用如权利要求1所述的三维打印系统制备神经再生植入体的方法，其特征在于包括以下步骤(I)建立要打印的植入体的计算机实体模型，对其进行切片分层，得到每层的形状信(2)配制需要进行三维打印的神经再生植入体材料溶液，备用；(3)将步骤(2)配制好的神经再生植入体材料溶液加入到三维打印机的墨盒中，将步骤(I)设计好的含有植入体形状信息的电子文档输入三维打印设备的配套软件，指导设备工作；将打印机平台温度控制在O°C以下，打印机喷头在打印平台上首先在xy轴方向上移动喷涂，形成支架的二维平面，打印完一层后，打印机喷头沿z轴方向上移，重新打印另一层， 如此反复，逐层堆积成型，直到所打印的植入体成型完成；(4)将植入体进行冻干，即得。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述实体模型来源于人体的不同组织和器官，所述步骤(3)中的电子文档文件为直接的CT或MRI扫描文件。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中神经再生植入体材料为...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇民，顾晓松，丁斐，李贵才，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
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