一种纳米纤维三维支架制备方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明用于那么纤维支架技术领域，特别是涉及一种纳米纤维三维支架制备方法及装置。
【背景技术】
[0002]近年来，三维纳米结构在组织工程等领域等到人们的高度关注和深入研究。组织工程的原理是诱导和促进细胞在体外或体内的生长、迀移以及增殖等一系列生理活动，最终形成具有三维结构的器官或组织。研究者利用工程学方法制造仿生结构，模拟天然组织的生理环境，包括结构的、物理的以及形态的特征。其中微观结构，对细胞在支架内的增殖、黏附、向内生长形成组织、营养物质及代谢产物的良好运输，以及对最终的组织构建起着至关重要的作用。
[0003]目前，制备纳米纤维组织工程支架多采用静电纺丝法。静电纺丝方法具有简便快捷、成本低廉等优点，有望成为理想的组织工程仿生支架的制备方法。但是，传统静电纺丝方法用于高效制备可控三维结构仍然存在一定的技术瓶颈。
[0004]静电纺丝制备纤维支架具有如下局限性:
1、随着薄膜支架厚度增加，喷头与收集板之间的电场将逐渐减弱，导致薄膜支架上表面电荷不断积累，最终导致电纺过程终止，限制了所能获得支架的厚度(通常为微米级厚度)，制造大厚度的真正意义的三维结构仍然较为困难。
[0005]2、传统的静电纺丝是在电场的作用下，逐层被接地收集板吸引堆积，支架的纤维排列紧密、纤维之间的空隙过小，使细胞难以长入，无法构建出令人满意的三维组织。
[0006]3、传统喷头式静电纺丝效率低下，单喷头静电纺丝产量通常只有0.1-lg/h，难以实现大规模、高效率的三维支架生产制造。
[0007]4、静电纺丝需要高压电场，对于溶液材料的导电性有一定的要求，选择的材料必须对高压电场有一定的承受能力，不适用于打印导电率差的材料或者具有生物活性的材料，具有材料局限性。
[0008]高速气吹聚合物溶液进行大规模制备纳米纤维的技术(高速气流溶液纺丝技术)，可以使纳米纤维的制备速度较原来的静电纺丝速度提高10倍以上，但是，传统气纺多采用封闭式接收器或滚筒式接收器，在高速气流作用下，容易产生反冲气流，影响纤维的定向沉积，如何采用高速气纺制备具有三维蓬松结构的纳米纤维支架，仍然没有通用性的工艺。使用旋转敞开式接收器进行高速气流纺丝纤维收集和三维纤维支架的制备，尚未见报道。
【发明内容】
[0009]为解决上述问题，本发明提供一种纳米纤维三维支架制备方法及装置，其工艺简单，成本较低，适于用不同的纺丝材料制备不同力学强度、生物相容性及降解性能的三维纤维支架，并且可以通过气流纺丝的方法直接制备大量微纳米纤维支架。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种纳米纤维三维支架制备装置，包括供液装置、供气装置、同轴喷头和与所述同轴喷头相对设置的接收装置，所述同轴喷头具有与供气装置连接的出气口和与供液装置连接的出液口，所述出气口可产生将出液口内的溶液吹气拉伸并在同轴喷头与接收装置间形成对射流进行辅助拉伸的气流，所述接收装置包括转轴、可驱动所述转轴转动的传动装置以及设在所述转轴上的若干支撑臂，支撑臂随转轴转动时可形成正对所述同轴喷头的碗状回转面。
[0011]进一步作为本发明技术方案的改进，所述支撑臂采用弯曲的金属片或金属杆或塑料杆，各所述支撑臂均匀的分布在所述转轴上并形成碗状的爪结构。
[0012]进一步作为本发明技术方案的改进，所述同轴喷头内设有气室，同轴喷头上设有伸入所述气室内的喷液头，所述喷液头在气室内的一端设有出液口，喷液头的另一端通过进液管与供液装置相连，所述气室上在出液口的对侧设有出气口，所述供气装置通过设有连接块的进气管与所述气室连接。
[0013]进一步作为本发明技术方案的改进，所述出液口和出气口在同一轴线上，出气口的孔径大于出液口的孔径。
[0014]进一步作为本发明技术方案的改进，所述出气口的孔径为0.所述出液口的孔径为0.lmm-0.6mm。
[0015]进一步作为本发明技术方案的改进，所述喷液头在气室内具有锥形的尖端，通过所述尖端在气室内部形成向出气口汇集的气流通道。
[0016]进一步作为本发明技术方案的改进，所述供液装置包括微量注射栗，所述进气管上设有精密气压调节阀。
[0017]进一步作为本发明技术方案的改进，所述传动装置包括输出端与所述转轴相连的电机。
[0018]—种纳米纤维三维支架制备方法，包括以下步骤:
S10.纺丝溶液的制备，将生物降解材料溶于溶剂中，密闭搅拌，得到纺丝溶液；将所得纺丝溶液置于供液装置中，启动供液装置，纺丝溶液由进液管进入同轴喷头的喷液头；
S20.启动接收装置，接收装置包括转轴、可驱动所述转轴转动的传动装置以及设在所述转轴上的若干支撑臂，支撑臂随转轴转动时可形成碗状回转面；
S30.同轴喷头上的喷液头伸入所述气室内，所述喷液头在气室内的一端设有出液口，所述气室上在出液口的对侧设有出气口，打开供气装置，调节精密气压调节阀，气体经过精密气压调节阀进行气压调节后，流经进气管进入同轴喷头的气室，最终从出气口处喷出，并产生将喷液头的出液口内的溶液吹气拉伸并在同轴喷头与接收装置间形成对射流进行辅助拉伸的气流，在气流的持续作用下，实现射流拉伸，获得纳米纤维；
S40.在气流推力作用下，纳米纤维往接收装置方向沉积，同时，气流从接收装置的侧端导出，并辅助纤维在接收装置上沉积成为三维支架结构。
[0019]本发明的有益效果:本发明在纺丝过程中无需高压电场，在气流的剪力作用下，SP可以实现射流拉伸，获得纳米纤维，安全可靠，材料兼容性好，尤其适用于导电性差或具有生物活性的材料。同时，由于生产原理有本质创新，相比静电纺丝，无残余电荷积累和电场积累等因素造成的厚度限制，可获得极高厚度的三维支架结构。而且，在高速气流的作用下，生产效率极大地提高，是传统静电纺丝的10-40倍。
[0020]同时，纳米纤维三维支架制备装置根据线动成面的思想，创新地采用旋转的敞开式接收装置，相比传统平板收集器或者封闭式收集器，可有效地使高速气流通过，从而避免产生反冲气流，影响纤维沉积。相反地，高速气流将帮助纤维在收集器上沉积成为三维支架结构。传统的静电纺丝是在电场的作用下，逐层被接地收集板吸引堆积，支架的纤维排列紧密、纤维之间的空隙过小，使细胞难以长入，无法构建出令人满意的三维组织。而采用气流拉升形成纤维并辅助沉积，可获得疏松、低密度的结构，更有利于细胞生长。
[0021]通过本发明获得的纳米纤维三维支架具有优越的蓬松结构，同时还具有良好的生物相容性、机械性能和生物可降解性能，为细胞外基质建立提供良好的环境，有利于细胞的繁殖和组织的愈合，将推动组织工程领域在模拟体内环境发展。
【附图说明】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明同轴喷头结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]参照图1、图2，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图1所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。
[0024]本发明提供了一种纳米纤维三维支架制备装置，包括供液装置1、供气装置2、同轴喷头3和与所述同轴喷头3相对设置的接收装置4，所述供液装置1包括微量注射栗，所述同轴喷头3具有与供气装置2连接的出气口 31和与供液装置1连接的出液口 32，所述出气口 31可产生将出液口 32内的溶液吹气拉伸并在同轴喷头3与接收装置4间形成对射流进行辅助拉伸的气流，所述接收装置4包括转轴41、可驱动所述转轴41转动的传动装置42以及设在所述转轴41上的若干支撑臂43，所述传动装置42包括输出端与所述转轴41相连的电机，所述支撑臂43采用弯曲的金属片或金属杆或塑料杆，各所述支撑臂43均匀的分布在所述转轴41上并形成碗状的爪结构。支撑臂43随转轴41转动时可形成正对所述同轴喷头3的碗状回转面。
[0025]所述同轴喷头3内设有气室33，同轴喷头3上设有伸入所述气室33内的喷液头34，所述喷液头34在气室33内的一端设有出液口 32，喷液头34的另一端通过进液管与供液装置1相连，所述气室33上在出液口 32的对侧设有出气口 31，所述供气装置2通过设有连接块36的进气管与所述气室33连接，所述进