一種具有自動(dòng)包裹功能的噴頭裝置、包裹系統(tǒng)及包裹方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種具有自動(dòng)包裹功能的噴頭裝置、包裹系統(tǒng)及包裹方法，包括內(nèi)筒、外筒、固定板、密封圈等噴頭裝置以及氣源、減壓閥、伺服閥、壓力傳感器、開(kāi)關(guān)閥、控制器、墨盒、噴頭裝置等自動(dòng)包裹系統(tǒng)。噴頭裝置中有中心內(nèi)腔、中心噴口、環(huán)形通道、包裹腔、活性生物材料入口和包裹材料入口。在自動(dòng)包裹系統(tǒng)中，由控制器調(diào)節(jié)和控制包裹壓力，實(shí)現(xiàn)包裹材料對(duì)活性生物材料的自動(dòng)包裹，獲得連續(xù)的包裹條帶和按一定間距分布的包裹顆粒帶。本發(fā)明可有效保護(hù)生物材料的生物活性，對(duì)細(xì)胞損傷小，提高打印過(guò)程中所打印器官的空間結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
【專利說(shuō)明】
一種具有自動(dòng)包裹功能的噴頭裝置、包裹系統(tǒng)及包裹方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及組織工程領(lǐng)域中的噴頭制造技術(shù)，涉及到一種能實(shí)現(xiàn)活性生物材料包裹的噴頭裝置、包裹系統(tǒng)以及包裹方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在20世紀(jì)，全世界近百萬(wàn)的器官疾病患者通過(guò)器官移植獲得了新生，但器官的獲取是以器官的失去為前提的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年患尿毒癥進(jìn)行透析治療的患者有120萬(wàn)人，患肝病需要肝臟移植的患者有100萬(wàn)人，但能夠有機(jī)會(huì)接受腎臟和肝臟移植的患者卻寥寥無(wú)幾。由于器官的供應(yīng)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于器官的需求量，器官移植面臨的最大問(wèn)題是如何獲取足夠數(shù)量可移植的器官。通過(guò)3D生物打印構(gòu)建人體器官，是解決器官移植領(lǐng)域中器官供應(yīng)的一種新的技術(shù)途徑。
[0003]3D活體生物打印是利用3D生物打印機(jī)將活性生物材料(例如細(xì)胞以及細(xì)胞的集合)按一定規(guī)律打印在生物支架或者平臺(tái)上，形成器官的空間立體結(jié)構(gòu)；然后，通過(guò)生物培養(yǎng)方法將打印成型的活性生物材料培養(yǎng)成特定的器官。如何使活性生物材料在打印過(guò)程中得到保護(hù)并保持生物活性，并構(gòu)成特定結(jié)構(gòu)器官形狀，打印噴頭是關(guān)鍵裝置之一。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明公布了一種能夠?qū)崿F(xiàn)活性生物材料自動(dòng)包裹的噴頭裝置、包裹系統(tǒng)及包裹方法。利用本發(fā)明可在器官的打印過(guò)程中，使用其它生物或生物兼容性材料對(duì)活性生物材料進(jìn)行自動(dòng)包裹，保持生物材料的生物活性和器官結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是:一種活性生物材料自動(dòng)包裹的噴頭裝置，以及利用該噴頭裝置對(duì)活性生物材料進(jìn)行包裹的自動(dòng)包裹系統(tǒng)和自動(dòng)包裹方法。
[0006]一種活性生物材料自動(dòng)包裹的噴頭裝置，包括內(nèi)筒，外筒，固定板，密封圈，外筒頂端有一個(gè)階梯狀內(nèi)腔體，底部有一個(gè)包裹腔，外側(cè)面有一個(gè)與內(nèi)腔體貫通的側(cè)面通孔；內(nèi)筒上部有一個(gè)法蘭，一個(gè)中心內(nèi)腔，底部有一個(gè)中心噴孔；內(nèi)筒高度小于外筒高度；固定板在厚度方向上有通孔、螺釘孔A和螺釘孔B;先在外筒階梯狀內(nèi)腔體上放置密封圈，再放入內(nèi)筒，將固定板扣在內(nèi)筒和外筒的上端面，通過(guò)螺釘孔A和螺釘孔B用螺釘將固定板與外筒，使固定板、內(nèi)筒和外筒連為一體；固定板的通孔與內(nèi)筒中心內(nèi)腔連通；內(nèi)筒與外筒之間為間隙配合，內(nèi)筒與外筒之間形成一定厚度的環(huán)形通道，與外筒側(cè)面通孔連通；在噴頭裝置的底部?jī)H有外筒的包裹腔；通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)筒與外筒之間的配合關(guān)系，保證中心噴孔與包裹腔之間的同軸度，密封圈防止環(huán)形通道中的流體外泄。
[0007]內(nèi)筒與外筒之間能夠通過(guò)軸向位移的微調(diào)，調(diào)整環(huán)形通道的厚度。
[0008]噴頭裝置的外形呈長(zhǎng)方體、圓柱體或橢球體的一種或多種組合；噴頭裝置內(nèi)筒的內(nèi)腔、環(huán)形通道和包裹腔的形狀為圓柱形或錐形。
[0009]噴頭裝置由若干個(gè)獨(dú)立的部件通過(guò)裝配組成或者一體成型。
[0010]噴頭裝置的環(huán)形通道的數(shù)量為I個(gè)或多個(gè)；所有環(huán)形通道均環(huán)繞中心噴孔布置，環(huán)形通道之間的間距相等或不相等，每個(gè)環(huán)形通道的形狀相同或不相同。
[0011]外筒外側(cè)與環(huán)形通道的貫通孔數(shù)量為I個(gè)或多個(gè)；貫通孔沿圓周呈對(duì)稱分布，或非對(duì)稱分布。
[0012]噴頭裝置的任意部分或全部用金屬材料、非金屬材料、復(fù)合材料的一種或多種制造，采用常規(guī)的成形方法成型，或者采用3D打印、或者粉末燒結(jié)成型。
[0013]一種使用噴頭裝置的自動(dòng)包裹系統(tǒng)，包括氣源、一級(jí)減壓閥、過(guò)濾器、二級(jí)減壓閥、壓力傳感器、三通接頭、伺服閥A、伺服閥B，壓力傳感器A、壓力傳感器B、墨盒A、墨盒B、開(kāi)關(guān)閥A、開(kāi)關(guān)閥B、噴頭裝置；氣源、一級(jí)減壓閥、過(guò)濾器、二級(jí)減壓閥以及壓力傳感器依次連接，通過(guò)三通接頭分別與伺服閥A、伺服閥B連接；伺服閥A與開(kāi)關(guān)閥A連接，再與裝有活性生物材料的墨盒A連接，最后與噴頭裝置上的中心內(nèi)腔連接；伺服閥B與開(kāi)關(guān)閥B連接，再與裝有包裹材料的墨盒B連接，最后與噴頭裝置上的外筒通孔連接；由控制器分別對(duì)墨盒A、墨盒B中的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，分別對(duì)開(kāi)關(guān)閥A、開(kāi)關(guān)閥B的開(kāi)啟與關(guān)閉進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)包裹材料對(duì)活性生物材料的自動(dòng)包裹。
[0014]通過(guò)伺服閥調(diào)節(jié)墨盒中的壓力以及控制開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟與關(guān)閉時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)活性生物材料的連續(xù)自動(dòng)包裹和間歇自動(dòng)包裹，在打印平臺(tái)上分別形成連續(xù)的包裹條帶和按一定間距分布的包裹顆粒帶。
[0015]在包裹過(guò)程中，活性生物材料和包裹材料的擠出壓力相同或者不同，二者的壓力隨時(shí)間恒定或者按函數(shù)變化。
[0016]當(dāng)噴頭裝置的環(huán)形通道的數(shù)量為2個(gè)或者2個(gè)以上時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)活性生物材料2層或2層以上自動(dòng)包裹；每層包裹材料的擠出壓力相同或者不同。
[0017]氣體回路中的介質(zhì)為氮?dú)?、氬氣、水等，它與活性生物材料以及包裹材料無(wú)化學(xué)反應(yīng)。
[0018]在自動(dòng)包裹過(guò)程中，對(duì)開(kāi)關(guān)閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)(PffM)進(jìn)行控制。
[0019]活性生物材料不受其他裝置的影響，直接通過(guò)噴頭裝置完成包裹和擠出。
[0020]被包裹的材料為活性生物材料或非活性生物材料；包裹材料是水凝膠或高分子材料。
[0021]利用該噴頭裝置對(duì)活性生物材料進(jìn)行自動(dòng)包裹的方法是:
噴頭裝置固定板上的通孔與裝有活性生物材料的墨盒連接，外筒上的側(cè)面通孔與裝有包裹材料的墨盒連接；兩個(gè)墨盒分別與氣體回路相連；氣體回路由氣源、一級(jí)減壓閥、過(guò)濾器、二級(jí)減壓閥、伺服閥、開(kāi)關(guān)閥、壓力傳感器、控制器組成；通過(guò)控制器控制伺服閥獲得一定的穩(wěn)定連續(xù)壓力，控制開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)包裹材料對(duì)活性生物材料的自動(dòng)包裹。
[0022]在活性生物材料自動(dòng)包裹過(guò)程中，有連續(xù)包裹和間歇包裹兩種工作模式。
[0023]在連續(xù)包裹模式下，活性生物材料自動(dòng)包裹的步驟是:首先，讓開(kāi)關(guān)閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷噴頭裝置中的壓力供給。第二步，開(kāi)啟一級(jí)減壓閥和二級(jí)減壓閥，使二級(jí)減壓閥與伺服閥之間的氣體壓力達(dá)到設(shè)定值。第三步，控制伺服閥的開(kāi)口度，調(diào)節(jié)裝有活性生物材料的墨盒中的壓力至設(shè)定壓力。第四步，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)閥門(mén)，控制另一伺服閥的開(kāi)口度，調(diào)節(jié)裝有包裹材料的墨盒中的壓力至設(shè)定壓力。第五步，在壓力作用下，墨盒中的活性生物材料被推進(jìn)至噴頭裝置的內(nèi)筒腔體，從中心噴孔擠出，在包裹腔中心形成連續(xù)的活性生物材料流；墨盒中的包裹材料從環(huán)形通道擠出，形成外側(cè)環(huán)狀的連續(xù)的包裹材料流；在噴頭裝置的包裹腔，活性生物材料流與包裹材料流匯合，并在活性生物材料的表面形成一定厚度的包裹材料層，完成包裹材料對(duì)活性生物材料的自動(dòng)包裹。第六步，在恒定壓力的推動(dòng)下，被包裹的活性生物材料流從包裹腔中連續(xù)排出；關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥門(mén)包裹動(dòng)作停止。
[0024]在間歇包裹模式下，活性生物材料自動(dòng)包裹的步驟是:第一步至第五步與連續(xù)包裹模式相同。第六步，快速關(guān)閉閥門(mén)，停止包裹動(dòng)作；在表面張力的作用下，包裹材料材料包裹住活性生物材料上下兩端，形成被包裹的活性生物材料微顆粒，并從包裹腔排出?？刂崎_(kāi)關(guān)閥門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間和閉合時(shí)間間隔，獲得一系列彼此獨(dú)立的被包裹的活性生物材料微顆粒序列。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、可實(shí)現(xiàn)包裹材料對(duì)活性生物材料的單層或多層材料的自動(dòng)包裹，包裹層厚度可調(diào)。
[0026]2、在計(jì)算機(jī)控制下，可在連續(xù)包裹和間歇包裹兩種工作模式之間自由切換，按組織工程的要求實(shí)現(xiàn)活性生物材料包裹。包裹好的細(xì)胞微?？砂雌鞴倏臻g結(jié)構(gòu)上的要求進(jìn)行排布。
[0027]3、可有效保護(hù)生物材料的生物活性，對(duì)細(xì)胞損傷小，能控制所打印的器官空間結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0028]4、噴頭裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取材廣泛，易于制造；包裹過(guò)程控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是噴頭裝置外觀示意圖；
圖2是組合式噴頭裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3整體成型兩層包裹噴頭裝置結(jié)構(gòu)示意圖圖4是整體成型多層包裹噴頭裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是活性生物材料自動(dòng)包裹系統(tǒng)示意圖；
圖6是在連續(xù)包裹模式下活性生物材料包裹過(guò)程示意圖；
圖7是在間歇包裹模式下活性生物材料包裹過(guò)程示意圖。
[0030]圖中:1.固定板；2.外筒；3.內(nèi)筒；4.外筒通孔；5.螺釘孔(A) ；6.螺釘孔(B) ；7固定板通孔；8.密封圈；9.中心內(nèi)腔；10.中心噴口 ；11.環(huán)形通道；12.包裹腔；13.第二環(huán)形通道；14.第二包裹腔；15.氣源；16.—級(jí)減壓閥；17過(guò)濾器；18.二級(jí)減壓閥；19.壓力傳感器；20.三通接頭；21.伺服閥㈧；22.伺服閥⑶；23.壓力傳感器㈧；24.壓力傳感器⑶；25.開(kāi)關(guān)閥(A) ;26.開(kāi)關(guān)閥⑶；27.墨盒(A) ;28.墨盒⑶；29.噴頭裝置；30.活性生物材料；31.懸液；32.包裹材料；33.孔道(B) ;34孔道(A)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]實(shí)施例一
如圖1和圖2所示，該噴頭裝置由固定板1、外筒2、內(nèi)筒3和密封圈8部件組裝而成，其中:外筒2頂端有一個(gè)階梯狀內(nèi)腔體，底部有一個(gè)包裹腔12，外側(cè)面有一個(gè)與內(nèi)腔體貫通的外筒通孔4 ;內(nèi)筒3上部有一個(gè)臺(tái)階，一個(gè)中心內(nèi)腔9，底部有一個(gè)直徑為0.15 mm的中心噴孔10 (參見(jiàn)圖2中(b)圖和(C)圖)，內(nèi)筒3高度小于外筒2高度3 mm；固定板I在厚度方向上有通孔7、螺釘孔(A)5和螺釘孔(B)6。先在外筒2階梯狀內(nèi)腔體上放置密封圈8，再放入內(nèi)筒3，將固定板I扣在內(nèi)筒3和外筒2的上端面，通過(guò)螺釘(A)5和螺釘孔(B)6用螺釘將固定板1、內(nèi)筒3和外筒2連為一體。在頂部，中心內(nèi)腔9上部可制造出螺紋直接和管接頭連接；內(nèi)筒3與外筒2之間為間隙配合，且內(nèi)筒3與外筒2之間在下部形成一定厚度的環(huán)形通道11 (參見(jiàn)圖2中(b)圖和(c)圖)，厚度為0.1 mm，且該環(huán)形通道與外筒2外側(cè)面通孔4連通；在底部，內(nèi)筒3和外筒2形成包裹腔12 ;內(nèi)筒與外筒之間為配合關(guān)系，可確保保證中心噴孔與包裹腔之間的同軸度；密封圈8可防止環(huán)形通道中的流體外泄；環(huán)形通道11的厚度可通過(guò)在內(nèi)筒3與外筒2上部的臺(tái)階處放置調(diào)節(jié)墊片進(jìn)行微調(diào)。
[0033]固定板1、外筒2、內(nèi)筒3使用具有生物相容性材料制造，密封圈8使用具有生物相容性的特種橡膠制造。
[0034]如圖5所示，利用前述噴頭裝置實(shí)現(xiàn)活性生物材料自動(dòng)包裹的系統(tǒng)，包括氣源15、一級(jí)減壓閥16、過(guò)濾器17、二級(jí)減壓閥18、壓力傳感器19、三通接頭20、伺服閥(A) 21、伺服閥(B) 22，壓力傳感器(A) 23、壓力傳感器(B) 24、墨盒(A) 27、墨盒(B) 28、開(kāi)關(guān)閥(A) 25、開(kāi)關(guān)閥(B) 26、前述的噴頭裝置29。
[0035]各部件之間用具有生物相容性高分子材料管路相連接，連接順序?yàn)?氣源15 — —級(jí)減壓閥16 —過(guò)濾器17 —二級(jí)減壓閥18 —壓力傳感器19 ;此后氣路由三通接頭20分為兩路，其中一路為:三通接頭20 —伺服閥(A) 21 —壓力傳感器(A) 23 —開(kāi)關(guān)閥(A) 25 —墨盒(A) 27—噴頭裝置29上的內(nèi)筒3上的中心內(nèi)腔9;控制器通過(guò)對(duì)伺服閥(A)21和開(kāi)關(guān)閥(A) 25的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)墨盒(A) 27中的壓力Pl的控制。另一路為:三通接頭20 —伺服閥(B) 22 —壓力傳感器(B) 24 —開(kāi)關(guān)閥(B) 26 —墨盒(B) 28 —噴頭裝置29上側(cè)面的外筒通孔4 ;控制器通過(guò)對(duì)伺服閥(B) 22和開(kāi)關(guān)閥(B) 26的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)墨盒(B) 28中的壓力P2的控制。在墨盒(A) 27中填裝活性生物材料和海藻酸鈉懸液，在墨盒(B) 28中填裝水凝膠。
[0036]上述系統(tǒng)分別在連續(xù)包裹模式或間歇包裹模式下工作，實(shí)現(xiàn)水凝膠對(duì)活性生物材料和海藻酸鈉懸液的自動(dòng)包裹。前者獲得外層包裹水凝膠的活性生物材料和海藻酸鈉懸液的連續(xù)包裹帶，后者獲得外層包裹水凝膠的活性生物材料和海藻酸鈉懸液的顆粒。
[0037]如圖6所示，在連續(xù)包裹模式下，水凝膠對(duì)活性生物材料和海藻酸鈉懸液的自動(dòng)包裹步驟是:首先，讓開(kāi)關(guān)閥(A) 25和開(kāi)關(guān)閥(B) 26處于關(guān)閉狀態(tài)，切斷噴頭裝置29中的壓力供給。第二步，開(kāi)啟一級(jí)減壓閥16和二級(jí)減壓閥18，使二級(jí)減壓閥18與伺服閥(A)21以及伺服閥(B) 22之間的氣體壓力達(dá)到0.60 MPa。第三步，由控制器控制伺服閥(A) 21的開(kāi)口度，使.壓力傳感器(A) 23中的壓力Pl至0.50 MPa，并保持穩(wěn)定。第四步，控制器控制另一伺服閥(B) 22的開(kāi)口度，使.壓力傳感器㈧24中的壓力P2至0.40 MPa，并保持穩(wěn)定。第五步，由控制器同步開(kāi)啟開(kāi)關(guān)閥(A) 25和開(kāi)關(guān)閥(B) 26，在氣體壓力作用下，墨盒(A) 27中的活性生物材料和海藻酸鈉懸液被推進(jìn)至噴頭裝置29的內(nèi)筒腔體9，從中心噴孔12擠出，在包裹腔12中心形成直徑約0.15 mm的活性生物材料和海藻酸鈉懸液流；墨盒(B) 28中的水凝膠從環(huán)形通道11連續(xù)擠出，內(nèi)筒腔體9中流出的活性生物材料和海藻酸鈉懸液流處在由環(huán)形通道11流出的環(huán)狀的水凝膠流的中間，在活性生物材料和海藻酸鈉懸液流的四周形成厚度為0.09~0.11 mm水凝膠層。第六步，在恒定壓力的推動(dòng)下，外層包裹了水凝膠的活性生物材料和海藻酸鈉懸液流從包裹腔12中連續(xù)排出，鋪展在打印平臺(tái)上，形成連續(xù)的包裹條帶。關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥(A) 25和開(kāi)關(guān)閥(B) 26，包裹動(dòng)作停止。
[0038]如圖7所示，在間歇包裹模式下，水凝膠對(duì)活性生物材料和海藻酸鈉懸液的自動(dòng)包裹步驟是:第一步至第五步與前述的連續(xù)包裹模式相同，但壓力Pl調(diào)節(jié)至0.40 MPa，壓力P2調(diào)節(jié)至0.35 MPa。第六步，由控制器同步關(guān)閉開(kāi)關(guān)閥(A) 25和開(kāi)關(guān)閥(B) 26，停止包裹動(dòng)作；在表面張力的作用下，在活性生物材料和海藻酸鈉懸液的表面形成一定厚度為
0.90-0.11 mm的水凝膠層，形成被包裹的活性生物材料和海藻酸鈉懸液微顆粒，并從噴頭裝置29的包裹腔12排出，鋪展在打印平臺(tái)上。控制開(kāi)關(guān)閥(A) 25和開(kāi)關(guān)閥(B) 26的開(kāi)啟時(shí)間和閉合時(shí)間間隔，同步或異步控制，可在打印平臺(tái)上形成按一定間距分布的包裹顆粒帶。
[0039]調(diào)節(jié)壓力Pl和P2值以及Pl與P2之間的差值，對(duì)開(kāi)關(guān)閥㈧25和開(kāi)關(guān)閥(B) 26進(jìn)行同步或異步控制，可控制活性生物材料和海藻酸鈉懸液流的排出速度和水凝膠包裹層的厚度。
[0040]實(shí)施例二
如圖3所示，該噴頭裝置在結(jié)構(gòu)上與組合式噴頭裝置類似，但為一體化制造，包括中心內(nèi)腔9、中心噴口 10、環(huán)形通道11、孔道(A)34和包裹腔12。材質(zhì)為具有生物相容性的高分子材料，用注射成型工藝或3D打印工藝制造。與組合式噴頭裝置相比，其特點(diǎn)是整個(gè)噴頭裝置由單一零件構(gòu)成，整體一次成型，不需裝配，環(huán)形通道11的尺寸在成型后不能調(diào)節(jié)。在構(gòu)建如圖5所示的自動(dòng)包裹系統(tǒng)時(shí)，在墨盒(A) 27中填裝活性生物材料和海藻酸鈉懸液，在墨盒(B) 28中填裝水凝膠；墨盒(A) 27的輸出端與該噴頭裝置上的中心內(nèi)腔9相連接；墨盒(B) 28的輸出端與孔道34相連，可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)孔道(A) 34，孔道(A) 34底部和環(huán)形通道11相連。
[0041]其工作過(guò)程和實(shí)施例一中描述的一致。
[0042]實(shí)施例三
如圖4所示，該噴頭裝置上述實(shí)施例二中一體化噴頭裝置類似，包括中心內(nèi)腔9、中心噴口 10、環(huán)形通道11、包裹腔12、第二環(huán)形通道13、孔道(A) 34、孔道(B) 33和第二包裹腔14。材質(zhì)為具有生物相容性的高分子材料，用注射成型或3D打印工藝制造。與圖4的噴頭裝置相比，其特點(diǎn)是在整體一次成型基礎(chǔ)上，增加了孔道(B)33、第二環(huán)形通道13和第二包裹腔14，具有雙層包裹功能。
[0043]自動(dòng)包裹系統(tǒng)與圖5類似，但配置3個(gè)墨盒:I號(hào)墨盒填裝活性生物材料和海藻酸鈉懸液、2號(hào)墨盒填裝A種水凝膠、3號(hào)墨盒填裝B種水凝膠。氣源氣體經(jīng)一級(jí)減壓閥與二級(jí)減壓閥減壓后，將氣路分為3個(gè)分支:第I分支連接I號(hào)伺服閥后與I號(hào)開(kāi)關(guān)閥連接，再與I號(hào)墨盒連接，最后與該噴頭裝置上的中心內(nèi)腔9連接；第2分支連接2號(hào)伺服閥后與2號(hào)開(kāi)關(guān)閥連接，再與2號(hào)墨盒連接，最后與該噴頭裝置上的孔道34連接，且和環(huán)形通道11連接；第3分支連接3號(hào)伺服閥后與3號(hào)開(kāi)關(guān)閥連接，再與3號(hào)墨盒連接，最后與該噴頭裝置上的孔道33連接，且進(jìn)一步和第二環(huán)形通道13連接。由控制器分別控制3個(gè)氣路分支上的伺服閥和開(kāi)關(guān)閥。
[0044]在連續(xù)包裹模式下，設(shè)定I號(hào)、2號(hào)和3號(hào)伺服閥前端的壓力為0.65 MPa，調(diào)節(jié)I號(hào)墨盒的壓力為0.60 MPa, 2號(hào)墨盒的壓力為0.55 MPa, 3號(hào)墨盒的壓力為0.50 MPa,其工作過(guò)程和實(shí)施例一中描述的類似，即可在打印平臺(tái)上形成連續(xù)的包裹條帶。該包裹條帶為3層:中心為活性生物材料和海藻酸鈉懸液、中間層為A種水凝膠、外層為B種水凝膠。
[0045]在間歇包裹模式下，設(shè)定I號(hào)、2號(hào)和3號(hào)伺服閥前端的壓力為(λ 65 MPa，調(diào)節(jié)I號(hào)墨盒的壓力為0.50 MPa，2號(hào)墨盒的壓力為0.45 MPa，3號(hào)墨盒的壓力為0.40 MPa，其工作過(guò)程和實(shí)施例一中描述的類似，即可在打印平臺(tái)上形成按一定間距分布的二層包裹顆粒帶。該包裹顆粒為3層:中心為活性生物材料和海藻酸鈉懸液、中間層為A種水凝膠、外層為B種水凝膠。
[0046]盡管本發(fā)明使用了固定板、外筒、內(nèi)筒、外筒通孔、螺釘孔、固定板通孔、密封圈、中心內(nèi)腔、中心噴口、環(huán)形通道、包裹腔、第二環(huán)形通道、第二包裹腔、氣源、一級(jí)減壓閥、過(guò)濾器、二級(jí)減壓閥、壓力傳感器、三通接頭、伺服閥、壓力傳感器、墨盒、開(kāi)關(guān)閥、控制器、噴頭裝置、活性生物材料、懸液、包裹材料等術(shù)語(yǔ)，但并不排除其它術(shù)語(yǔ)的可能性，使用這些術(shù)語(yǔ)僅僅是為了更地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都與本發(fā)明精神相違背。
[0047]本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，只要以基本相同手段實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種活性生物材料自動(dòng)包裹的噴頭裝置，包括內(nèi)筒(3)，外筒(2)，固定板(1)，密封圈(8)，其特征在于:外筒(2)頂端有一個(gè)階梯狀內(nèi)腔體，底部有一個(gè)包裹腔(12)，外側(cè)面有一個(gè)與內(nèi)腔體(11)貫通的側(cè)面的外筒通孔⑷；內(nèi)筒(3)上部有一個(gè)臺(tái)階，一個(gè)中心內(nèi)腔(9)，底部有一個(gè)中心噴孔(10);安裝后內(nèi)筒(3)和外筒(2)頂部在一個(gè)平面上；固定板(I)在厚度方向上有通孔(7)、螺釘孔A(5)和螺釘孔B(6);先在外筒(2)階梯狀內(nèi)腔體上放置密封圈(8)，再放入內(nèi)筒(3)_，內(nèi)筒(3)上部的臺(tái)階和外筒⑵內(nèi)部的階梯孔及密封圈(8)形成密封；將固定板⑴扣在內(nèi)筒⑶和外筒⑵的上端面，通過(guò)螺釘A(5)和螺釘孔B(6)用螺釘將固定板⑴與外筒(2)，使固定板(1)、內(nèi)筒(3)和外筒(2)連為一體；內(nèi)筒(3)中心內(nèi)腔(9)的上部可加工出內(nèi)螺紋以和管接頭相連；內(nèi)筒(3)與外筒(2)之間為間隙配合，且內(nèi)筒(3)與外筒(2)之間形成一定厚度的環(huán)形通道(11)，且與外筒(2)側(cè)面的外筒通孔(4)連通；在噴頭裝置的底部為包裹腔(12);內(nèi)筒與外筒之間為配合關(guān)系，保證中心噴孔與包裹腔之間的同軸度，密封圈防止環(huán)形通道中的流體外泄。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭裝置，其特征在于:內(nèi)筒與外筒之間為配合關(guān)系，確保內(nèi)筒與外筒同心；內(nèi)筒與外筒之間形成的環(huán)形通道可為圓形或其它形狀；能夠通過(guò)軸向位移的微調(diào)，調(diào)整環(huán)形通道的厚度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭裝置，其特征在于:噴頭裝置由若干個(gè)獨(dú)立的部件通過(guò)裝配組成，也可以通過(guò)一體成型方法加工成為一個(gè)零件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭裝置，其特征在于:噴頭裝置的環(huán)形通道的數(shù)量為I個(gè)或多個(gè)；所有環(huán)形通道均環(huán)繞中心噴孔布置，環(huán)形通道之間的間距相等或不相等，每個(gè)環(huán)形通道的形狀相同或不相同。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴頭裝置，其特征在于:外筒外側(cè)與環(huán)形通道的貫通孔數(shù)量為I個(gè)或多個(gè)；貫通孔沿圓周呈對(duì)稱分布，或非對(duì)稱分布。6.一種使用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的噴頭裝置的自動(dòng)包裹系統(tǒng)，包括氣源(15)、一級(jí)減壓閥(16)、過(guò)濾器(17)、二級(jí)減壓閥(18)、壓力傳感器(19)、三通接頭(20)、伺服閥A(21)、伺服閥B(22)，壓力傳感器A(23)、壓力傳感器B (24)、墨盒A (27)、墨盒B(28)、開(kāi)關(guān)閥A (25)、開(kāi)關(guān)閥B (26)、噴頭裝置(29);氣源(15)、一級(jí)減壓閥(16)、過(guò)濾器(17)、二級(jí)減壓閥(18)以及壓力傳感器(19)依次連接，通過(guò)三通接頭分別與伺服閥A (21)、伺服閥B(22)連接；伺服閥A(21)與開(kāi)關(guān)閥A (25)連接，且與裝有活性生物材料的墨盒A (27)連接，最后與噴頭裝置(29)上的中心內(nèi)腔(9)連接；伺服閥B (22)與開(kāi)關(guān)閥A (26)連接，且與裝有包裹材料的墨盒A (28)連接，最后與噴頭裝置(29)上的外筒通孔(4)連接；控制器通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)閥A (25)、開(kāi)關(guān)閥B (26)的開(kāi)啟與關(guān)閉進(jìn)行控制，分別對(duì)墨盒A(27)、墨盒B(28)中的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，且實(shí)現(xiàn)包裹材料對(duì)活性生物材料的自動(dòng)包裹。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)包裹系統(tǒng)，其特征在于:通過(guò)伺服閥調(diào)節(jié)墨盒中的壓力，以及通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)閥的同步及異步控制，以及控制開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟與關(guān)閉時(shí)間，控制墨盒中的壓力，實(shí)現(xiàn)活性生物材料的連續(xù)自動(dòng)包裹和間歇自動(dòng)包裹，在打印平臺(tái)上分別形成連續(xù)的包裹條帶和按一定間距分布的包裹顆粒帶。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)包裹系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)噴頭裝置的環(huán)形通道的數(shù)量為2個(gè)或者2個(gè)以上時(shí)，可使用2個(gè)或者2個(gè)以上的氣動(dòng)控制回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)連接在不同環(huán)形通道上的不同的墨盒上的壓力進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)活性生物材料2層或2層以上自動(dòng)包裹。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)包裹系統(tǒng)，其特征在于:包裹材料和被包裹的材料可為活性生物材料或非活性生物材料；也可為水凝膠或其它材料。10.一種使用權(quán)利要求6所述的自動(dòng)包裹系統(tǒng)的自動(dòng)包裹方法，在活性生物材料自動(dòng)包裹過(guò)程中，工作模式為連續(xù)包裹或間歇包裹；其特征在于:在連續(xù)包裹模式下:通過(guò)開(kāi)關(guān)閥控制墨盒，在恒定壓力下，使墨盒中的活性生物材料被推進(jìn)至噴頭裝置的內(nèi)筒腔體，通過(guò)中心噴孔，在包裹腔中心形成連續(xù)的活性生物材料圓柱流；包裹材料從從另一墨盒進(jìn)入環(huán)形通道，在活性生物材料圓柱流外側(cè)形成環(huán)狀的連續(xù)的包裹材料流；且從在噴頭裝置的包裹腔擠出，完成對(duì)活性生物材料連續(xù)自動(dòng)包裹；在間歇包裹模式下，使開(kāi)關(guān)閥處在連續(xù)的開(kāi)和關(guān)的狀態(tài)，其開(kāi)和關(guān)的時(shí)間及頻率由計(jì)算機(jī)控制；通過(guò)瞬間的打開(kāi)和關(guān)閉，在壓力控制下，墨盒中的活性生物材料被推進(jìn)至噴頭裝置的內(nèi)筒腔體，通過(guò)中心噴孔，在包裹腔中心形成微滴；包裹材料則從另一墨盒進(jìn)入環(huán)形通道，也通過(guò)瞬間的打開(kāi)和關(guān)閉，在活性生物材料微滴外面形成包裹；且從噴頭裝置的包裹腔擠出，完成對(duì)活性生物材料單個(gè)包裹；控制開(kāi)關(guān)閥門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間和閉合時(shí)間間隔，可獲得一系列彼此獨(dú)立的被包裹的活性生物材料微顆粒序列。
【文檔編號(hào)】A61F2/02GK106073940SQ201510227734
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日
【發(fā)明人】周惠興, 凌剛, 劉煥寶, 劉穎
【申請(qǐng)人】周惠興