皮肤原位打印机构的制作方法

本发明属于医疗设备领域，涉及一种皮肤原位打印机构。

背景技术：

皮肤缺损是指烧烫伤、机械损伤等原因造成的皮肤缺失。若皮肤缺损部位的损伤深度达到真皮层及以下，则人体无法进行完全再生，而是通过成纤维细胞长入等方式愈合，愈合后缺损部位就形成了瘢痕组织。瘢痕组织与正常皮肤的颜色、形状均有较大差异，极不美观，因此容易给病患带来心理负担；不仅如此，瘢痕组织弹性较差且缺乏毛孔、透气性差，也容易让病人产生不适感。所以，在治疗皮肤缺损时应当尽量让皮肤正常愈合，避免产生瘢痕组织。

临床上常采用拉伸损伤部位周围皮肤或移植其他部位皮肤的方法对损伤部位进行修复。但在深度缺损部位的面积极大(例如严重烧烫伤等)时，由于病人未受到损伤的部位也不多，能够取得的正常皮肤无法满足覆盖缺损部位的需求，因此这些方法均无法应用。现有技术中，针对这样的大面积皮肤缺损出现了人造皮肤疗法，即，事先用生物高分子材料制备好带有毛细孔的人造皮肤，将这样的人造皮肤修剪成破损部位的形状后覆盖在缺损部位，即可保护皮下组织、加快愈合。然而，由于缺损部位通常深浅不一、形状不规整，因此人造皮肤通常难以达到理想的贴合状态，使得治疗效果也不够理想。

为了克服上述人造皮肤的缺陷，现有技术中产生了打印皮肤的概念。即，采用生物高分子材料直接在受损部位涂布形成形状适应的人造皮肤。然而，这样的形成方式速度非常慢，还很难对涂布的方向进行精确的控制，因此打印的精度也很低。另外，如果受损部位的面积比较大，那么需要的打印皮肤的面积也比较大，现有的的涂布形式根本无法满足大面积涂布的精度和速度要求。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种皮肤原位打印机构。

本发明提供了一种皮肤原位打印机构，用于将通过打印而形成人工皮肤的生物胶涂布在人体的预定部位，其特征在于，包括：打印头装置，用于将生物胶涂布在预定部位，具有支架单元和多个设置在支架单元上并且用于容纳和涂布生物胶的喷头单元；涂布动力装置，用于向打印头装置提供涂布生物胶时让该生物胶被挤出喷头单元的动力；以及三轴式移动装置，用于驱动打印头装置移动至预定部位，其中，支架单元安装在三轴式移动装置上，具有支架体和与支架体连接的连接体，支架体具有多个容纳通孔，喷头单元用于容纳和涂布生物胶，包括用于容纳生物胶的筒体、用于涂布生物胶的针头以及设置在筒体上用于对筒体进行封闭的筒盖。

本发明提供了一种皮肤原位打印机构，具有这样的特征，包括：其中，支架体与连接体一体成型。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，支架单元还包括转动组件，该转动组件具有转动驱动电机，转动驱动电机设置在连接体上并且输出轴与支架体连接，用于驱动支架体相对于连接体进行转动。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，容纳通孔的内壁上设有多个橡胶垫片。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，三轴式移动装置具有支撑组件和设置在支撑组件上的第一丝杠组件、第二丝杠组件以及第三丝杠组件，第三丝杠组件具有第三滚珠轴承部，该第三滚珠轴承部用于沿竖直方向进行移动使得打印头装置沿竖直方向进行移动，第二丝杠组件用于驱动第三丝杠组件沿第二水平方向进行移动，使得打印头装置沿第二水平方向进行移动，第一丝杠组件用于驱动第二丝杠组件沿第一水平方向进行移动，使得第三丝杠组件和打印头装置沿第一水平方向进行移动，第一水平方向和第二水平方向互相垂直。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，第一丝杠组件，设置在支撑组件上，具有沿第一水平方向延伸的第一丝杠、通过螺纹结合安装在该第一丝杠上的第一滚珠轴承部以及与该第一丝杠平行设置的第一滑杆；第二丝杠组件，具有沿第二水平方向延伸的第二丝杠、与第二丝杠的两端连接的滑槽，设置在该滑槽内并且通过螺纹结合安装在第二丝杠上的第二滚珠轴承部，滑槽的一端设有套设在第一滑杆上的第二固定部且另一端固定在第一滚珠轴承部上；第三丝杠组件，具有沿竖直方向延伸的第三丝杠、通过螺纹结合安装在该第三丝杠上的第三滚珠轴承部、与第三丝杠平行设置的第三滑杆以及与第二滚珠轴承部固定结合且与第三丝杠以及第三滑杆的两端固定连接的第三固定部。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，三轴式移动装置还具有驱动第一丝杠转动的第一电机、驱动第二丝杠转动的第二电机以及驱动第三丝杠转动的第三电机。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，第三滚珠轴承部上设置有用于固定打印头装置的固定板，该固定板上设置有多个固定孔，连接体具有连接板，该连接板上设置有多个安装孔，安装孔用于通过螺栓使连接板安装在不同位置的固定孔上从而使打印头装置安装在固定板的不同位置上。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，支撑组件包括两个支撑台，两个支撑台分别用于支撑第一丝杠和第一滑杆。

在本发明提供的皮肤原位打印机构中，还可以具有这样的特征：其中，涂布动力装置为压力提供装置，该压力提供装置由压力空气提供压力，具有用于提供压力空气的气体储存器、用于调节压力空气的压力大小的压力调节器以及对压力空气进行过滤的空气过滤器。

发明的作用与效果

根据本发明所提供的皮肤原位打印机构，因为具有打印头装置、涂布动力装置以及三轴式移动装置，打印头装置设有支架单元和多个喷头单元，支架体具有多个容纳通孔，所以能够将多个喷头单元安装在容纳通孔内进而安装在支架体上，一方面能够实现多个喷头单元同时进行涂布生物胶的动作，极大地加快涂布速度，尤其适用于人体受损部位的面积比较大的情况；另一方面，多个喷头单元还能够盛放不同生物胶溶液或生物胶溶液的不同成分，从而能够实现不同生物胶溶液或生物胶溶液的不同成分的先后涂布。

另外，涂布动力装置能够将生物胶从喷头单元的筒体由针头挤出从而实现生物胶的涂布，通过该涂布动力装置就能够调节生物胶的挤出速度进而便于调节涂布的速度。

此外，三轴式移动装置能够将支架单元进行空间上的三自由度移动，使得支架单元能够准确到达预定位置，并按照预先设定的涂布方式进行涂布，进而使得涂布的效果更精确并且涂布的速度更快。

附图说明

图1是本发明的实施例中皮肤原位打印机构的结构示意图；

图2是本发明实施例中打印头装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中连接体的结构示意图；以及

图4是本发明实施例中喷头单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明皮肤原位打印机构作具体阐述。

图1是本发明实施例中皮肤原位打印机构的结构示意图。

如图1所示，皮肤原位打印机构100包括三轴式移动装置10、打印头装置20以及涂布动力装置(图中未示出)。

其中，打印头装置20用于将生物胶涂布在预定部位，三轴式移动装置10用于驱动打印头装置20从而让打印头装置20移动至需要进行皮肤打印的预定部位。

如图1所示，三轴式移动装置10包括第一丝杠组件11、第二丝杠组件12、第三丝杠组件13、支撑机构14以及多个驱动电机(即第一驱动电机、第二驱动电机和第三驱动电机，图中均未示出)。

支撑机构14包括第一支撑台141和第二撑台142。第一支撑台141沿第一水平方延伸。第二撑台142和第一支撑台141的互相平行设置。

第一丝杠组件11包括第一固定部111、第一丝杠112、第一滚珠轴承部113以及第一滑杆114。

第一固定部111呈“匚”形，设置在第一支撑台141的顶部。第一固定部111的两侧均设置有沿第一水平方向延伸的凸轨。

第一丝杠112沿第一水平方向延伸，两端分别固定在第一固定部111的两端。

第一滚珠轴承部113套设在第一丝杠112上，第一滚珠轴承部113的内壳体通过螺纹结合安装在第一丝杠112上，使得第一滚珠轴承部113与第一丝杠112构成了滚珠丝杠副结构。第一滚珠轴承部113的外壳体上设置有与第一固定部111的凸轨相匹配的凹槽。

在本实施例中，第一固定部111的一端设置有第一驱动电机，该第一驱动电机的输出端与第一丝杠112的一个端部连接。当第一驱动电机输出驱动力时，第一丝杠111就在第一驱动电机的驱动下转动。

第一滑杆114固定在第二撑台142的顶部，因此该第一滑杆114既不能转动，也不能移动。

第二丝杠组件12包括滑槽121、第二丝杠122以及第二滚珠轴承部123。

滑槽121的延伸方向第一水平方向相垂直(以下称第二水平方向)。滑槽121的一个端部设有一个第二固定部124，该第二固定部124上设有一个内径与第一滑杆114相适应的孔部，第一滑杆114穿过该孔部使得第二固定部124被套设在第一滑杆114上。滑槽121的另一个端部固定在第一滚珠轴承部113的外壳体上。

因此，当第一驱动电机驱动第一丝杠112转动时，滑槽121移动的自由度被第一滑杆114所限制，从而在第一丝杠112和第一滚珠轴承部113所形成的滚珠丝杠副的带动作用下沿着第一水平方向整体移动。

第二丝杠122沿第二水平方向延伸，其两端通过转动轴承分别固定结合在滑槽121的两个端部上。

第二滚珠轴承部123与第一滚轴轴承部113的结构类似，也具有可相对转动的内壳体和外壳体。第二滚珠轴承部123设置在滑槽121内并且其内壳体通过螺纹结合套设在在第二丝杠121上，使得第二滚珠轴承部123与第二丝杠122构成了滚珠丝杠副结构。第二滚珠轴承部123的外壳体呈突起状，使得它与滑槽121相嵌合。

在本实施例中，第二驱动电机设置滑槽121的与第一滚珠轴承部113相连接的端部。由此，第二丝杠122在第一丝杠112和第一滚珠轴承部113的带动作用下沿第一水平方向整体移动的同时还能够在第二驱动电机的驱动下发生自身的转动，进而带动第二滚珠轴承部122的内壳体转动。

第三丝杠组件13包括第三固定部131、第三丝杠132、第三滚珠轴承部133、第三滑杆134以及固定板135。

第三固定部131呈“匚”形，沿竖直方向设置，其外侧壁固定连接在第二滚珠轴承部122的外壳上。由此，滑槽121限制了第三固定部131的移动自由度，使得第二驱动电机驱动第二丝杠122转动并带动第二滚珠轴承部123的内壳体转动时，该第三固定部131整体沿着第二水平方向移动。

第三丝杠132沿竖直方向延伸，其两端通过滚动轴承安装在第三固定部131上。

第三滚珠轴承部133与第一滚珠轴承部113的结构相似，其同样具有能够相对转动的外壳体和内壳体，并且内壳体同样通过螺纹结合套设在第三丝杠132上。

第三滑杆134设置在第三固定部131的两侧。在本实施例中，第三滚珠轴承部133的外壳体的朝向第三固定部131的侧面上还设置有与第三滑杆134的形状相匹配的槽体。

固定板135设置在第三滚珠轴承部133的外壳体的背离第三固定部131的侧面上，用于固定打印头装置20。固定板135上设置有多个固定孔，这些固定孔的高度不同。

在本实施例中，第三驱动电机设置在第三固定部131内，其输出端与第三丝杠132的一个端部连接。第三丝杠132随着第三固定部131在第二驱动电机及第二丝杠122、第二滚珠轴承部123等带动下沿第二水平方向整体移动时，还能够在第三驱动电机的驱动下发生自身转动进而带动第三滚珠轴承部133沿竖直方向移动。

本实施例中，第一驱动电机、第二驱动电机及第三驱动电机均为伺服电机，能够随着不同的驱动信号而正转或反转。因此，第一丝杠112及第一滚珠轴承部113所形成的滚珠丝杠副能够实现第一水平方向上的来回运动，第二丝杠122及第二滚珠轴承部123所形成的滚珠丝杠副能够实现第二水平方向上的来回运动，第三丝杠132及第三滚珠轴承部133所形成的滚珠丝杠副能够实现竖直方向上的来回运动。所以，本实施例的三轴式移动装置10能够实现三个自由度的移动。

图2是本发明实施例中打印头装置的结构示意图。

如图2所示，打印头装置20包括支架单元21以及多个喷头单元22。

支架单元21包括支架体211、连接体212以及转动组件(图中未示出)。

支架体211呈矩形，在竖直方向上设置有多个容纳通孔(图中未示出)，该容纳通孔用于安装喷头单元22。多个容纳通孔以矩阵式排列。在本实施例中，容纳通孔共有6个，设置成2排3列，并且两排容纳通孔的位置一一对应。在本实施例中，容纳通孔的内侧壁上还设有多个凸起的橡胶垫片。

图3是本发明实施例中连接体的结构示意图。

如图3所示，连接体212包括横板2121和连接板2122。

转动组件包括设置在横板2121内的转动驱动电机和连接在转动驱动电机输出端上的转动部213，该转动部213延伸出横板2121外并且不与支架体211固定连接，因此能够在转动驱动电机的驱动下发生转动，使得支架体211相对于横板2121进行转动。

连接板2122垂直连接在横板2121的远离转动部213的一端。连接板2122上设置多个安装孔，安装孔用于通过螺栓使连接板2122安装在不同位置的固定孔上从而使支架单元21安装在三轴式移动装置10的固定板135的不同位置上。所以，支架单元21能够随着三轴式移动装置10实现三自由度的移动。

图4是本发明实施例的喷头单元的结构示意图。

如图4所示，喷头单元22包括筒体221、针头222以及筒盖223。在本实施例中，喷头单元22的数目为6个。

筒体221用于容纳的生物胶或生物胶成分。筒体221的外径与容纳通孔的内径相适应，因此能够被放置在容纳通孔内并因橡胶垫片的作用而紧密卡在容纳通孔内，使得容纳通孔转动时该筒体224不容易滑脱。

筒盖223可拆卸地安装在筒体221的顶端，该筒盖223上设有空气入口2231，内侧设有密封垫(图中未示出)。

针头222设置在筒体221的底端，与筒体221的内部相连通，因此筒体221内部容纳的生物胶或生物胶成分可通过针头222被挤出，从而完成涂布过程。

本实施例中，涂布动力装置为压力提供装置，该压力提供装置由压力空气提供动力，包括气体储存器、压力调节器和空气过滤器(图中均未示出)。

其中，气体储存器用于提供压力空气，该气体储存器可以是压缩空气罐，也可以是其他形式的压缩空气储存部件；压力调节器为设置在气体储存器的压力空气出口上的电磁调节阀，用于对气体储存器提供的压力空气进行压力大小的调节；空气过滤器通过软管分别与压力调节器及空气入口2231连通，用于对调节压力后的压力空气进行过滤并将过滤后的压力空气通过空气入口2231输送至筒体221内。另外，由于本实施例的喷头单元22的数量为6个，空气过滤器的洁净空气出口也通过6根软管分别与6个空气入口2231连通。每个空气入口2231上均设有封闭夹，用于在对应的喷头单元22不需要压力空气时将该空气入口2231封闭。

以下结合附图说明本实施例的皮肤原位打印机构100的工作原理。

进行皮肤打印之前，医务人员可在无菌环境下将生物胶溶液置入筒体221内，然后盖上筒盖223，接通空气过滤器并将压力调节器调节至关闭，让压力空气不能进入筒体221。然后，通过控制装置(例如与向各个驱动电机、步进电机发送驱动信号的电机驱动器相通信连接且装有控制程序的计算机)向三轴式移动装置10中的各个驱动电机发送不同的控制信号，让三轴式移动装置10将打印头装置20带动至需要进行皮肤打印的预定缺损部位。

到达预定部位后，即可控制转动组件，让装有预定生物胶溶液的喷头单元22的针头222靠近缺损部位，同时打开并调节压力调节器让压力空气以预定的压力进入筒体221内，使得筒体221内的生物胶溶液因压力被挤出，并通过针头222被涂布在预定部位上。

上述过程中，通过控制装置控制三轴式移动装置10、驱动组件、转动组件以及压力调节器，就能够让多个喷头单元22同时进行生物胶溶液的挤出和涂布。因此，这种方式适合于单一的生物胶溶液的快速大面积涂布及原位打印。此外，多个喷头单元还能够盛放不同生物胶溶液或生物胶溶液的不同成分，通过控制空气入口2231的连通或封闭从而能够实现不同生物胶溶液或生物胶溶液的不同成分的先后快速涂布。

实施例的作用与效果

根据本实施例所提供的皮肤原位打印机构，因为具有打印头装置、涂布动力装置以及三轴式移动装置，打印头装置设有支架单元和多个喷头单元，支架体具有多个容纳通孔，所以能够将多个喷头单元安装在容纳通孔内进而安装在支架体上，一方面能够实现多个喷头单元同时进行涂布生物胶的动作，极大地加快涂布速度，尤其适用于人体受损部位的面积比较大的情况；另一方面，多个喷头单元还能够盛放不同生物胶溶液或生物胶溶液的不同成分，从而能够实现不同生物胶溶液或生物胶溶液的不同成分的先后涂布。

另外，涂布动力装置能够将生物胶从喷头单元的筒体由针头挤出从而实现生物胶的涂布，通过该涂布动力装置就能够调节生物胶的挤出速度进而便于调节涂布的速度。

此外，三轴式移动装置能够将支架单元进行空间上的三自由度移动，使得支架单元能够准确到达预定位置，并按照预先设定的涂布方式进行涂布，进而使得涂布的效果更精确并且涂布的速度更快。

实施例中的三轴式移动装置具有三组丝杠组件，该三组丝杠组件能够分别提供三个方向的移动自由度，因此能够让打印头装置实现空间上的三自由度移动，让打印头装置整体到达不同的预定打印部位。

实施例中的涂布动力装置为压力提供装置，该压力提供装置由压缩空气提供动力，使得喷头单元中的生物胶能够在经过过滤的洁净压缩空气的压力作用下被挤出从而完成涂布，其过程中通过控制压力调节器即可控制压力及流速，进而控制涂布的速度，因此能够通过电信号就实现控制过程，使得生物胶涂布过程更容易与喷头单元自身的移动形成配合，达到理想的皮肤打印效果。

实施例中，连接体具有连接板，该连接板上设置有多个安装孔，因此，通过该安装孔以螺栓连接的方式能够将连接板安装在打印头移动装置的固定板的不同位置的固定孔上，从而将打印头装置安装在打印头移动装置的适宜高度上。

实施例中，转动组件能够使得支架体相对于连接体进行转动，进而能够更精准地与皮肤缺损部位相对应来实现更佳的打印效果。

实施例中，容纳通孔的内部具有竖直延伸的容纳孔部，该容纳孔部的尺寸与喷头单元的筒体相适应并且内壁上设有橡胶垫片，因此能够很好地卡住筒体并让筒体与容纳通孔的相对位置保持一致，使得容纳通孔被连接体带动而移动或被转动组件转动时，喷头单元的筒体及针头均能够进行相应的移动，从而能够避免喷头单元与容纳通孔之间固定不良而带来的位移及涂布误差问题，提高原位打印的精准度。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

例如，实施例中，支架单元包括支架体、连接体以及转动组件，支架体能够在转动组件的的转动驱动电机的驱动下相对于连接体转动，从而使得喷头单元更加精准地到达预定位置。但在本发明中，为了降低成本以及简化操作步骤，支架单元也可以只包括支架体和连接体，两者固定连接，这样的结构更加简单，操作起来更加方便。

实施中，三轴式移动装置通过三组丝杠组件来实现空间上的三自由度移动，丝杠组件具体通过丝杠以及滚珠轴承之间形成的滚珠丝杠副来实现各个自由度的移动。但在本发明中，三轴式移动装置还可以通过三组导轨滚轮组件来实现空间上的三自由度移动，导轨滚轮组件具体通过导轨、嵌合在该导轨上的嵌合部以及设置在导轨和嵌合部之间的滚轮以及驱动滚轮滚动的电机从而形成导轨滚轮式的结构来实现各个自由度的移动。

实施例中，采用三轴式移动装置将支架单元进行空间上的三自由度移动。但在本发明中，还可以采用机械臂式移动装置，即多个机械臂铰接并通过舵机带动转向，从而实现类似人体手臂动作的移动装置来对支架单元进行移动。

实施例中，支撑组件为两个支撑台。但在本发明中，支撑组件也可以设置为其他形式，例如设置在地面的支撑架、支撑板或多根支撑柱，或从上方悬挂固定的吊架。

实施例中，打印头移动装置采用压力提供装置提供的压力空气作为动力，使得喷头单元中的生物胶能够在经过过滤的洁净压缩空气的压力作用下被挤出从而完成涂布，其过程中通过控制压力调节器即可控制压力及流速，进而控制涂布的速度，因此能够通过电信号就实现控制过程，使得生物胶涂布过程更容易与喷头单元自身的移动形成配合，达到理想的皮肤打印效果。但在本发明中，压力提供装置还可以采用机械挤压(例如在筒体内设置柱塞，控制柱塞挤压生物胶)等形式。与压力空气的形式相比，机械挤压的压力控制及基础速度的控制是直接通过对挤压部件的控制实现的，控制过程更为精准，但由于需要设置传感器来对压力及挤出速度进行监测，因此成本更高。