间接3D打印制备三维连通多孔自固化磷酸钙支架及其结构与性能

发布时间：2020-03-20 00:12

【摘要】：多孔磷酸钙支架因具有良好的生物相容性、骨传导性、可降解可吸收性而被广泛研究并应用于骨组织修复材料。本研究使用可常温自固化、易塑形的自固化磷酸钙(CPC),利用间接3D技术制备了多孔CPC支架材料。并在此基础上,通过在CPC中加入明胶微球,制备了明胶微球/CPC复合多孔支架材料。研究了支架结构、显微形貌、抗压强度及体外降解速率等理化性能及细胞生物学性能,探讨了孔结构参数(孔径、预先形成三维连通大孔、复合明胶微球形成多级孔结构)与材料性能之间的关系。本研究用生物相容性良好、力学性能好的聚己内酯(PCL)作为牺牲模型材料,利用3D打印技术先构建出PCL牺牲模型,然后向牺牲模型灌注CPC浆料,固化后用有机溶剂去除高分子模型,得到三维连通多孔CPC支架。使用上述间接3D打印技术在常温下制备出具有不同大孔孔径的三维连通多孔CPC支架。多孔支架材料的物相主要为弱结晶的针棒状羟基磷灰石,具有两种不同孔径(PCL溶解形成的三维连通大孔、CPC水化形成的微纳米孔)的孔。在大孔孔隙率为25%的情况下,孔径(300-500μm)越小,支架的力学强度越大;总孔隙率越小,降解速率越低。多孔支架的细胞相容性良好,细胞可通过大孔长入支架内部;支架的多孔结构营造有利的微环境,促进细胞的增殖和分化;大孔孔径较小的支架具有更好的成骨分化能力。同样利用3D打印技术制备了PLGA三维网络,将可降解PLGA三维网络与CPC复合得到PLGA/CPC复合材料。与用牺牲模型法制备的CPC支架进行比较,探讨了预先形成三维连通大孔对材料性能的影响。虽然两者最终都同样具有三维连通大孔结构,但PLGA/CPC复合材料初期不存在连通大孔故具有更高的抗压强度。将PLGA/CPC浸泡于Tris-HCl缓冲液中,PLGA网络在14天内快速降解在基体中原位形成三维连通大孔。与CPC多孔支架相比,由于材料结构和组成的差异,PLGA/CPC复合材料吸附蛋白质的能力以及促进细胞增殖和成骨分化能力较弱。为促进CPC支架的降解和改善其生物学性能,本研究用生物活性好、易降解的明胶,使用反相乳液法制备了明胶微球,将明胶微球与CPC粉体混合,用间接3D打印技术制备了明胶微球/CPC复合多孔支架。明胶微球均匀分布在CPC基体中,对CPC的水化产物的物相和微观形貌没有产生明显的影响。支架材料的抗压强度随着明胶微球复合量的增大而降低,孔隙率增大,体外降解速率加快。明胶微球降解后可使复合支架具有多级孔(三维连通大孔、分散大孔和微纳米孔)结构。细胞最初倾向于在明胶微球周围生长,随着时间的延长逐渐向支架中心渗透长入。在CPC支架中复合明胶微球可促进细胞黏附、增殖和成骨分化。
【图文】：

华南理工大学硕士学位论文因此本文主要对骨组织进行分析研究。图 1-1 是长骨的结构示意图，两端是膨，中间为骨干。成熟的骨组织是由密质骨（Corticalbone）与松质骨（Trabecularb部分组成。密质骨为骨的密实外层，孔隙率一般小于 10vol.%，结构单位是哈。右下内嵌图为哈佛氏系统示意图，骨单位长 0.6-2.5mm 直径 30-70μm，由与平行取向排列的矿化胶原纤维和中间的血管组成。松质骨分布在骨的内部，由或片状骨小梁互相交织排列而成，，呈现为孔隙率在 50-90 vol.%的多孔隙网架内充满骨髓[4-6]。骨小梁按承受力的作用方向有规律地排列，具有抗压、抗扭曲骨和松质骨的力学性能因组成和结构的差异而不同，两种骨的力学性能如表 1

D打印和间接3D打印
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ132.32;R318.08

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本文编号：2590933