本发明涉及组织工程技术领域，更具体地说，涉及一种细胞支架制备系统。此外，本发明还涉及一种应用于上述细胞支架制备系统的方法。
背景技术：
美国国家科学基金委员会提出了组织工程的定义：基于结构与功能间的关系，将工程学及生命科学的基本原理应用于哺乳动物的正常及病理组织当中，用于恢复、维持或者改善组织功能的生物替代品的发展。构成组织工程的三要素包括：细胞、支架、生长因子。细胞是一切生物组织最基本的结构单位，支架为细胞成长为一个完整的组织提供支撑，生长因子可以引导、协调细胞活动。
目前，在控制细胞支架体内降解速度与细胞生长繁殖相匹配方面；在控制支架具有要求的三维形态结构方面以及在对生长因子的生物活性保护及控制释放方面等都还存在着许多棘手的问题未能得到解决。
支架在组织工程中有着至关重要的作用，需具备以下几个特点：
具有较高的孔隙率和内部连通的三维网状结构，可以为细胞的黏附提供支撑点，并便于营养物质和代谢废物的运输；具有良好的生物相容性、可控的降解性和可吸收性，可加工为三维结构；具有适当的表面化学性质，以利于细胞的黏附、增殖、分化；可根据不同组织的要求，调控合适的力学性能。
目前，常用的组织工程细胞支架制备工艺组要分为致孔法和冷冻干燥技术和静电纺丝工艺三大类。
致孔法存在力学强度低、造孔剂的残留这两个严重问题，造孔剂的残留会影响细胞的附着与生长从而导致组织败坏死亡。
冷冻干燥技术会存在构建的三维支架孔尺寸较小的缺点导致细胞不能顺利穿透支架到达其结构内部，仍有较多细胞粘附在支架表面，这种状况对细胞的正常增殖和组织的全面修复降幅产生不利的影响；且有机溶剂的残留会影响生物活性因子或细胞的培养。
静电纺丝工艺的溶液电纺制备的生物支架存在着不可避免的不可忽视的缺陷，溶液静电纺丝法存在的溶剂残留和回收成本高等问题限制了其在生物医学领域的应用。
综上所述，如何提供一种便于细胞支架成型装置和方法，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是提供一种细胞支架制备系统，该系统能够便于制造细胞支架。
本发明的另一目的是提供一种用于实现上述细胞支架制备系统的方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种细胞支架制备系统，包括：
用于接收喷印材料的收集装置；
用于带动收集装置移动的可运动平台；
用于喷射喷印材料以形成细胞框架的注射泵第一喷头，所述注射泵第一喷头连接用于提供热源以产生熔融状态的喷印材料的加热装置和高压静电场装置，所述高压静电场装置用于使所述注射泵第一喷头内高温熔融状态下的喷印材料喷射至收集装置；所述高压静电场装置与计算机连接，所述注射泵第一喷头设置于所述收集装置的上方；
用于向所述细胞框架喷射生物墨的注射泵第二喷头，所述注射泵第二喷头设置于所述收集装置的上方；
计算机，用于控制所述注射泵第一喷头和所述注射泵第二喷头的逐层喷射，并用于控制可运动平台相对于所述注射泵第一喷头的移动。
优选的，所述注射泵第一喷头的喷印头尖端与所述收集装置的收集平面之间的距离范围为0.5至3毫米。
优选的，所述可运动平台为水平移动平台，所述水平移动平台还连接竖直移动装置，以便完成单层喷印后进行竖直移动。
优选的，所述注射泵第一喷头和所述注射泵第二喷头均设置在注射泵支架上，所述加热装置为高压模块，或所述加热装置为所述高压静电场装置。
优选的，所述注射泵第一喷头的注射针头的内径范围为200微米至250微米。
优选的，所述喷印材料为人工合成的PLA高分子材料；
和/或所述计算机通过运动控制装置连接所述可运动平台，所述运动控制装置包括机械手控制装置、减速器控制装置和机电控制装置中的一种或多种。
一种细胞支架制备方法，应用于上述任意一项所述的细胞支架制备系统，包括：
S1：加热注射泵第一喷头中的喷印材料；
S2：计算机控制所述注射泵第一喷头向收集装置的成型位置喷印以形成细胞框架，所述计算机控制可运动平台移动，以便所述细胞框架移动到注射泵第二喷头的喷印位置；
S3：所述计算机控制所述注射泵第二喷头向所述细胞框架喷印生物墨；所述计算机控制所述可运动平台移动，使所述成型位置移动至所述注射泵第一喷头的喷印位置；判断是否喷印完成，若为否，则返回S2。
优选的，所述加热注射泵第一喷头中的喷印材料，包括：
利用高压电装置加热所述注射泵第一喷头中的喷印材料，所述喷印材料为人工合成的PLA高分子材料。
本发明提供的细胞支架制备系统能够将熔融状态的喷印材料通过高压静电场装置的作用可以形成静电纺丝，从而在收集装置上形成较为精确的细胞框架，直写静电纺丝技术可以实现材料的路径精确可控，以实现具有精确结构的细胞支架。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种细胞支架制备系统的连接示意图。
图1中：
1为计算机、2为可运动平台、3为高压静电场装置、4为双喷头注射泵、5为收集装置、6为运动控制装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是提供一种细胞支架制备系统，该系统能够便于制造细胞支架。本发明的另一核心是提供一种用于操作上述细胞支架制备系统的方法。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种细胞支架制备系统的连接示意图。
本发明所提供的一种细胞支架制备系统，在结构构成上主要包括收集装置5、可运动平台2、注射泵第一喷头、注射泵第二喷头和计算机1。
其中，收集装置5用于接收喷印材料，接收指的是接收注射泵第一喷头、注射泵第二喷头向其喷射的喷印材料，并形成细胞框架和最终的细胞支架，也就是说收集装置5为用于设置产品的装置，可以是一个容器或者为一个平面结构。可运动平台2用于带动收集装置5进行移动，移动具体可以包括水平移动、竖直移动等多种移动方式。
注射泵第一喷头用于向收集装置5喷射喷印材料，以便形成喷印材料构成的细胞框架，注射泵第一喷头连接加热装置，加热装置用于提供热源以产生熔融状态的喷印材料，熔融状态的喷印材料可以由注射泵第一喷头向收集装置5喷射，注射泵第一喷头设置于收集装置5的上方。上方为注射泵第一喷头和收集装置5的相对位置关系，可以为上下结构，也可以为具有一定水平转角的相对位置关系，以便在实际使用时，注射泵第一喷头向收集装置5进行喷射。注射泵第一喷头还与高压静电场装置3连接，高压静电场装置3用于利用高压静电场使注射泵第一喷头内高温熔融状态下的喷印材料喷射至收集装置5；高压静电场装置3与计算机1连接。
注射泵第二喷头用于向细胞框架喷射生物墨，注射泵第二喷头设置于收集装置5的上方。计算机1用于控制注射泵第一喷头和注射泵第二喷头的逐层喷射，并用于控制可运动平台2相对于注射泵第一喷头的移动。
需要说明的是，上述高压静电场装置3为设置在注射泵第一喷头和收集装置5之间的静电场，能够通过产生的静电场起到使注射泵第一喷头内的喷印材料喷至收集装置5的作用。
两个注射泵喷头用于产生熔融状态的喷印材料和生物墨，两个注射泵喷头可以同时设置在一个双喷头注射泵4上。收集装置5用于接收喷印材料和生物墨。
需要说明的是，上述熔融状态的喷印材料通过高压静电场装置3的作用可以形成静电纺丝，从而在收集装置5上形成较为精确的细胞框架，直写静电纺丝技术可以实现材料的路径精确可控，以实现具有精确结构的细胞支架。
本发明所提供的细胞支架制备系统能够通过注射泵第一喷头和高压静电场装置3的配合形成熔融状态材料的静电纺丝技术，并通过可运动平台2带动收集装置5的移动，以便形成注射泵第一喷头和注射泵第二喷头的交替工作，使二者能够实现逐层打印，具体地，逐层打印的步骤可以参考下述内容：注射泵第一喷头喷印出细胞框架，通过可运动平台2的移动使细胞框架移动到装有生物墨的注射泵第二喷头下面，进而将生物墨从注射泵第二喷头喷向细胞框架的间隙中，形成第一层结构，然后再次通过可运动平台2的移动使收集装置5向注射泵第一喷头方向移动，喷印第二层细胞框架，进行循环的叠加打印，最后形成细胞-材料复合物。
在上述实施例的基础之上，注射泵第一喷头的喷印头尖端与收集装置5的收集平面之间的距离范围L为0.5至3毫米。本实施例所提供的注射泵第一喷头与收集装置5的收集平面之间间距保持在0.5至3毫米之间，具有极小的喷射距离，能够在保证高压静电场作用的前提下，进一步地保证喷印的效果。
在上述实施例的基础之上，可运动平台2具体可以为水平移动平台，水平移动平台还连接竖直移动装置，以便完成单层喷印后进行竖直移动。由于上述实施例中提供的喷印方式中需要两个喷头依次作用喷涂，所以可运动平台2需要在水平方向上提供移动作用。当然，由于喷印的方法为逐层喷印，所以在制作过程中，需要调整喷印头的高度，调整高度的过程可以通过竖直移动装置来实现。
在上述任意一个实施例的基础之上，注射泵第一喷头和注射泵第二喷头均设置在注射泵支架上，通过注射泵支架将二者进行固定。可选的，上述注射泵第一喷头和注射泵第二喷头可以为同一个注射装置，注射装置具有不同的储料腔，从而实现不同类型材料的储存。
可选的，上述实施例中加热装置为高压模块，或加热装置为高压静电场装置3。需要说明的是，加热装置可以采用高压电的形式对材料进行加热，加热速度快，且温度可控。当然，加热装置并不局限于上述提供的形式，也可以选用现有技术中其他类型的加热装置。
在上述任意一个实施例的基础之上，注射泵第一喷头的注射针头的内径范围为200微米至250微米。
可选的，内径可以具体为232μm，在喷印距离为0.5至3mm近场静电条件下，可以直写出直径为50至500nm的纤维结构。
在上述任意一个实施例的基础之上，喷印材料可以为人工合成的PLA高分子材料。通过将人工合成的PLA高分子材料加热兵进行喷印，可以得到结构精度较高的聚合物纤维结构。
从产品的角度来看，本发明采用的人工合成的PLA高分子材料作为熔融材料制作细胞支架，不需要引入有毒的溶剂，与传统的溶液静电纺丝方法相比，对于后续的支架细胞培养并植入人体机体的组织或器官病损部位进行修复具有明显的优势。
在一个具体的实施例中，上述计算机1通过运动控制装置6连接可运动平台2，运动控制装置6包括机械手控制装置、减速器控制装置和机电控制装置中的一种或多种。
可选的，由于采用计算机1作为可运动平台2的控制机构，二者之间的传动设备类型不唯一，任何一种能够接收计算机1控制，并将运动传递给可运动平台2的机构均属于本发明的保护范围内。
可选的，上述运动控制装置6可以为雅科贝思电机。
除了上述各个实施例所提供的细胞支架制备系统，本发明还提供一种应用于上述细胞支架制备系统的细胞支架制备方法。
该细胞支架制备方法可以应用于上述任意一个的细胞支架制备系统的使用中，操作方法具体可以包括以下步骤：
步骤S1、加热注射泵第一喷头中的喷印材料。
步骤S2、计算机控制注射泵第一喷头向收集装置的成型位置喷印以形成细胞框架，计算机控制可运动平台移动，以便细胞框架移动到注射泵第二喷头的喷印位置。
步骤S3、计算机控制注射泵第二喷头向细胞框架喷印生物墨；计算机控制可运动平台移动，使成型位置移动至注射泵第一喷头的喷印位置；判断是否喷印完成，若为否，则返回步骤S2。
在上述方法的基础之上，步骤S1中加热注射泵第一喷头中的喷印材料，的步骤，具体可以包括：
利用高压电装置加热注射泵第一喷头中的喷印材料，喷印材料为人工合成的PLA高分子材料。
本发明与现有技术相比较具有以下突出实质性特点和显著技术进步：
本发明引入的熔融静电纺丝成形工艺用于成形具有适合细胞生长的细胞支架。基于熔融静电纺丝成形工艺是一种在计算机系统精确控制下能够成形具有直径为50～500nm的聚合物纤维。
本发明将直写静电纺丝技术应用于细胞支架的成形，直写静电纺丝技术可以实现纤维的沉积路径精确可控，可构建空隙适合细胞生长的细胞支架。
本发明采用的熔融材料不需要引入有毒的溶剂，与传统的溶液静电纺丝方法相比，将该复合物植入机体的组织或器官病损部位，随着生物材料在体内逐渐被降解和吸收，植入的细胞在体内不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成相应的组织或器官，从而达到修复创伤和重建功能的目的，且对于后续的支架细胞培养并植入人体机体的组织或器官病损部位进行修复具有明显的优势。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
以上对本发明所提供的细胞支架制备系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。