凝胶纤维连续制造装置及连续制造方法和生物打印机与流程

本发明涉及凝胶纤维技术领域，尤其是涉及一种凝胶纤维连续制造装置及连续制造方法和生物打印机。

背景技术：

水凝胶(hydrogel)是一类极为亲水的三维网络结构凝胶，它在水中迅速溶胀并在此溶胀状态可以保持大量体积的水而不溶解。目前水凝胶纤维应用广泛，其中明胶材料因具有高度生物降解性和良好的生物相容性而被广泛使用，但是现有的制备方法无法大量、持续地制备出明胶纤维，同时制备过程中还存在细胞损伤、管路堵塞、成形时间不可控等问题。

目前有以下几种学术披露明胶纤维制备技术，其中：1)温度交联技术(thermalcrosslinkingtechnique)，明胶材料随温度变换经历可逆相变，在低温条件下(如低于20度)会变成固态，但是当温度升高到一定温度(如37度)时会从固态转变成液态，此反应过程可逆。但是现有依靠温度交联技术制备明胶纤维的制备过程中往往反应时间不可控，同时挤出的明胶纤维尺寸不均匀。2)酶交联技术(enzymaticcrosslinking)，依靠转谷氨酰胺酶的缓慢交联，可以比较容易地制备出明胶纤维，同时酶反应交联的明胶纤维因形成共价键，形成的结构弹性很高。但是传统的酶交联需要长时间使明胶成形，同时长的管道也会不可避免地造成管路堵塞等问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种凝胶纤维连续制造装置及连续制造方法和生物打印机，利用该凝胶纤维连续制造装置能够控制凝胶纤维的成形时间，制备出的凝胶尺寸均匀，同时不会造成管道堵塞。

本发明所采取的技术方案是：

本发明的第一方面，提供一种凝胶纤维连续制造装置，包括：

至少两个原料供给装置；

多通道输送装置，所述多通道输送装置通过若干输送管道与所述原料供给装置连接；

汇合装置，所述汇合装置具有输出管道，所述汇合装置与若干所述输送管道连接，用以汇合若干所述输送管道输送的物质，并从所述输出管道流出，所述输出管道连接输送设备，所述输送设备用以对所述输出管道流出的物质进行输送。通过控制输送管道的粗细和长度，可以达到控制不同原料的输出比例的目的。

本发明实施例的凝胶纤维连续制造装置至少具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种凝胶纤维连续制造装置，在使用时将凝胶纤维原料分别置于多个原料供给装置中以分别供应原料，同时利用多通道输送装置输送凝胶纤维原料并控制不同凝胶纤维原料的输送流速，能够根据不同类型凝胶的需求适应性调整原料的加入量和原料加入的速度，以达到控制凝胶纤维成形时间的目的，利用输出设备及时将成形的凝胶纤维输出，以避免管道堵塞，利用本发明实施例的装置能够实现凝胶纤维的在线连续制备，得到大量、尺寸均匀的凝胶纤维，同时适用多物质体系下的缓慢成胶。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，所述输送设备为所述多通道输送装置。利用输送设备对输出管道流出的成形的凝胶纤维输送时，可以选择使用另外的单通道或者多通道输送装置，也可以选择将汇合装置上的输出管道重新接回在前的多通道输送装置中，优选使用在前的多通道输送装置，能够节约成本并且使得整个凝胶纤维连续制造装置占用空间小。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，还包括光照装置。所述光照装置主要是对汇合装置尤其是输出管道进行照射，在一些实施例中还可以对整个凝胶纤维连续制造装置进行照射。用以对所述凝胶纤维连续制造装置进行光照。水凝胶有很多种类型，有的水凝胶具有热不稳定性，对于热不稳定性的水凝胶施加光照，能够防止由于固化而导致流动性变差的问题。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，还包括加热装置，所述加热装置用以对所述原料供给装置进行加热。水凝胶有很多种类型，有的水凝胶比如海藻酸钠(alginate)，其不需要加热，与ca²⁺离子在常温下即能形成纤维。有的水凝胶具有热不稳定性，比如明胶，在低温下为固体，在高温(如大于37度)下为液态，设置加热装置如水浴锅加热能够保持明胶呈液态状。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，所述加热装置为水浴锅。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，所述多通道输送装置为多通道蠕动泵。利用多相驱动蠕动泵技术，能够克服多流相混合交联反应流体独立驱动问题，解决酶反应交联下明胶纤维的成形时间不可控问题，同时降低了凝较纤维制造的设备需求和操作成本，极大地提高了凝胶纤维的制备效率。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，所述多通道蠕动泵具有卡紧装置，所述卡紧装置用以卡紧所述输送管道，以对所述输送管道的流速进行控制。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，所述汇合装置为y型结构或者t型结构。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，还包括储存装置，所述储存装置用以存储所述输送设备输送过来的物质。

根据本发明的一些实施例的凝胶纤维连续制造装置，所述储存装置为培养皿。

本发明的第二方面，提供一种生物打印机，包括上述的凝胶纤维连续制造装置。

本发明的第三方面，提供一种凝胶纤维的连续制造方法，包括以下步骤：

分别取凝胶纤维原料，分别输送所述凝胶纤维原料并控制所述凝胶纤维原料的输送流量；

对所述凝胶纤维原料进行汇流，反应得到凝胶纤维；

输送所述凝胶纤维。

附图说明

图1为第一实施例中凝胶纤维连续制造装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

参照图1，示出了第一实施例中凝胶纤维连续制造装置的结构示意图。本实施例中凝胶纤维连续制造装置包括原料供给装置、多通道输送装置200和汇合装置300，本实施例中原料供给装置具有两个，分别为第一原料供给装置110和第二原料供给装置120，多通道输送装置200选用多通道蠕动泵，第一原料供给装置110通过第一输送管道210与多通道输送装置200连接，第二原料供给装置120通过第二输送管道220与多通道输送装置200连接，第一输送管道210从第一原料供给装置110中输送的凝胶纤维原料物质一与第二输送管道220从第二原料供给装置120中输送的凝胶纤维原料物质二汇流至汇合装置300，汇合装置300具有输出管道310，凝胶纤维原料物质一和凝胶纤维原料物质二在汇合装置300中汇流并反应生成凝胶纤维，并从输出管道310流出，通过控制第一输送管道210的管径和输送流速以及第二输送管道220的管径和输送流速，能够控制的原料的加入量和加入速度，从而能够适应不同类型凝胶纤维的制备需求并且能够克服凝胶纤维成形时间不可控的问题，制备生成的凝胶纤维经输出管道310流出，输出管道310接回多通道输送装置200，使得生成的凝胶纤维能够被持续输出，避免了管道堵塞的问题，适用于多物质体系下的缓慢成胶。

根据本发明的一些实施例，凝胶纤维连续制造装置还包括光照装置400，光照装置400主要是对汇合装置300尤其是输出管道310进行照射，在一些实施例中还可以对整个凝胶纤维连续制造装置进行照射。对于一些具有热不稳定性的水凝胶，通过施加光照如红外光进行照明加热，能够防止由于固化而导致流动性变差的问题，对于一些需要紫外光或可见光激发固化反应的光敏性生物凝胶材料，如利用甲基丙烯酸酐(ma)与明胶(gelatin)反应制备甲基丙烯酸酐化明胶(gelma)，使用光照装置的目的是提供光照激发固化反应。

根据本发明的一些实施例，凝胶纤维连续制造装置还包括加热装置500，根据实际需要选择对原料供给装置进行加热，如使用水浴锅对第二原料供给装置120中供给的具有热不稳定性的水凝胶进行加热，以保持其呈现液态状，利于输送与后续的反应。

本发明实施例以制备明胶纤维为例描述利用图1中凝胶纤维连续制造装置进行制备的过程，在第一原料供给装置110中加入转谷氨酰胺酶，第二原料供给装置120中加入明胶，其中明胶具有热不稳定性，在37度左右下为液态，在低温下为凝胶态，故将第二原料供给装置120放置于水浴锅中进行加热以保持恒温，本例中水浴锅的温度设定为37度。第一输送管道210和第二输送管道220通过卡紧装置固定于多通道蠕动泵上，通过卡紧装置可以调节输送管道内部的压力，卡的越紧，与外界压差越大，流速越快。第一输送管道210输送的转谷氨酰胺酶和第二原料供给装置120输送的明胶在汇合装置300中汇流并从输出管道310流出，两者汇流后反应生成明胶纤维，汇合装置300可以为y型或t型结构，输出管道310作为转谷氨酰胺酶和明胶的反应区域，输出管道310又绕回连接到多通道蠕动泵上，通过调节导管与卡紧装置的卡紧程度和多通道蠕动泵的转速，可以达到控制流速的目的。在进一步优选的实施例中，可以同时对输出管道或者整个系统施加红外灯进行照明加热，利于管道中的物质保持液态状，便于连续输送。

根据本发明的一些实施例，凝胶纤维连续制造装置还包括储存装置600，用以存储输送管道310输送过来的物质。

根据本发明的第二实施例，输送管道310可以不接回多通道蠕动泵上，可以与另外的输送设备连接，该输送设备可以为单通道输送泵或多通道输送泵，可以同样达到将输送管道中的物质及时输出的目的。

可以将本发明实施例提供的凝胶纤维连续制造装置嫁接到挤出式生物打印机上，可作为一种新型的生物打印机，将该凝胶纤维连续制造装置制备出的凝胶纤维作为打印原料直接进行打印，简化了传统的挤出式生物打印机结构设计。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。