3D打印制备高性能多孔生物陶瓷 ——从注浆打印到光固化打印

发布时间：2021-06-09 17:10

　　随着我国全社会快速发展以及人口老龄化日趋严重,各种原因引起的骨创伤病例的逐年快速增加,并且给临床骨修复人工骨材料造成极大的需求和巨大挑战。通常,用于骨修复的生物材料要求具有三维多孔结构,并具有可降解性和较高的力学强度,以及有利于成骨相关细胞向内生长的微孔网络和较高的孔隙率,从而利于成骨和组织修复,这也是长期以来该领域研究的重点。然而,人们对多孔支架的微结构、力学性能和生物降解性的调控仍面临一些难题,这主要涉及到现有生物材料综合性能差、常规加工制造技术难以解决材料的孔道结构与其力学、活性和降解协同优化的多种因素的困扰。本论文首先利用自主设计的同轴双喷头注浆3D打印技术平台,成功打印并构建出可剪裁支架生物降解性和活性离子释放特性的硅灰石（CSi）与锌或锶掺杂透辉石（DiO,ZnDiO,SrDio）构成核-壳结构分布的生物活性陶瓷支架（如CSi@Dio,CSi@ZnDio,CSi@SrDio）。研究表明,该系列钙硅酸盐支架骨架内呈核-壳结构分布的特点,极为有利地调和了CSi降解过快、Dio降解过慢的严重问题,并且壳层Dio中掺入Zn或Sr离子还进一步调控了多孔陶瓷支架的初始力学强度以及早期阶... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

硅酸盐生物材料表面HA诱导沉积的原理[44]

浙江大学硕士学位论文6图1.2生物活性离子在骨缺损修复中的功能示意图Figure1.2Illustrationoffunctionsofthebioactiveionsinbonedefectrepair锌(Zn2+)是人体在生长发育过程中不可或缺的元素之一。有相关研究发现人体中有多种重要的金属酶在进行结构构建、催化以及调节作用时均需要借助Zn2+，其中之一便是对新骨形成以及成熟至关重要的碱性磷酸酶(ALP)。在成骨细胞成熟过程中Zn2+金属化后的糖蛋白释放，有助于催化磷酸单酯水解成无机磷酸盐[63]。事实上，在人体骨自愈重塑过程中，Zn元素便从人体骨中释放出来，在人体内微环境中若存在过量的Zn2+离子，则Zn2+会抑制破骨细胞的再吸收过程从而促进新骨的自愈[64]。此外，Zn2+还可以刺激成骨细胞的骨构建[65]，所以Zn2+经常作为一种掺杂离子进入生物材料中，受到广大生物材料研究者的重点关注。如Li[66]以及Ito[67通过Zn2+的掺杂，CaP基的生物陶瓷在体外和体内实验中均展现出更好的成骨性能。镁(Mg2+)也是人体新陈代谢必需的元素之一，其中人体中约65%的镁存在于骨骼和牙齿中[68]。已经有一些体外实验中证明，大量的Mg元素参与体液微环境中的各种反应，并且直接影响人体内血管的功能[69,70]。Mg2+促进血管功能的原理是通过诱导内皮细胞产生一氧化氮，这与血管内皮生长因子VEGF诱导血管生成的机制基本相同[71]。一项动物实验的研究表明，大鼠因为长期摄入缺乏Mg元素的食物，最终得了骨质疏松症[72]。另外，研究人员通过在CaP材料中掺杂

上曝光(A)和下曝光(B)DLP型3D打印系统

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3220982