3D打印PLGA组织工程支架及其性能研究

发布时间：2018-03-17 18:24

本文选题：3D打印　切入点：组织工程　出处：《华侨大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：骨组织工程的三个基本生物学要素为种子细胞、支架材料以及成骨因子,而支架材料作为要素之一发挥着支撑和辅助组织修复等功能,因此,性能良好的骨支架对细胞的正常生长和组织修复具有明显的促进作用。目前,传统的支架制备方法如静电纺丝、粒子沥滤等方法存在制备工艺复杂、重现性差、孔洞形状难以控制以及存在溶剂残留等缺点,降低了支架在后续实验中的应用价值。因此,本课题旨在利用3D打印技术制备出性能良好的支架材料,以期能够克服传统技术存在的缺陷。利用熔融沉积法将热塑性材料聚乳酸羟基乙酸熔融挤出,并在计算机的控制下按所设计的路径移动和堆积,最终制备出具有规则形貌、合适孔洞以及足够的力学性能的骨替代材料,并对支架的力学性能、降解速率以及生物学性能进行评价。本论文主要包括以下几方面的内容:首先是聚乳酸羟基乙酸支架的制备及其性能表征。通过对工艺条件的优化确定支架的制备参数,随后考察支架的层厚、结构及孔隙率对力学性能的影响,并对支架的理化性能进行考察。实验结果表明:随着层厚的升高,三者的压缩强度无明显区别,而屈服应力逐渐下降,呈现极显著性差异(P0.01);随着结构的改变,三者的屈服应力无明显区别,而压缩强度0/90°0/60/120°0/45/90/135°,呈现显著性差异(P0.05);随着孔隙率的升高,压缩强度和屈服应力呈现逐渐下降的趋势,并且呈现负相关关系。FTIR、XRD和DSC结果表明,制备的支架与原材料相比,官能团、晶型和玻璃化转变温度无明显区别,说明制备过程仅为物理变化。最终,我们采用孔隙率为66%,层厚0.2 mm,结构0/90°作为后续工作所使用的支架,其压缩强度和屈服应力分别为12.69 Mpa和5.78 Mpa(n=5)。其次,对支架的降解速率进行为期十周的考察。将支架与降解液以1:10(V:M)的比例浸没于降解液分别置于PBS缓冲液及酶解液中进行降解,降解条件为37℃,60 rmp/min,每周换液一次。每周于换液前测量降解液的pH,并在第2、4、6、8、10周取出支架,用超纯水冲洗三次,冷冻干燥24 h后对其形貌进行观察和拍照,测量质量损失率、力学性能变化,并对支架进行DSC、GPC及DTA分析。实验结果显示:在前5周内,缓冲液的pH基本保持稳定,从第六周开始呈逐渐下降的趋势;随着降解的进行,支架的物理状态及体积均发生变化;力学性能逐渐下降,玻璃化转变温度降低,分子量逐渐下降,热分解温度降低。综合观察发现,支架在水解液中的降解速度大于在酶解液中的降解速度,总体降解速率呈现先慢后快的趋势,降解前期主要表现为分子量的降低,但支架的质量变化主要发生在降解后期,并伴随pH的改变,整个降解过程中始终伴随着力学性能的改变。最后,对制备的支架进行一系列的生物学性能研究。细胞毒性试验表明,不同浸提液浓度(10 mg/mL、50 mg/mL、100 mg/mL)下的细胞增殖率均大于91%,毒性反应等级为0或1级,这说明支架浸提液对细胞的生长无明显抑制作用,适合作为组织工程材料。急性全身毒性试验结果显示小鼠在注射支架浸提液后的观察期内代谢活动正常;溶血试验结果显示随着浸提液浓度的增大,溶血率均小于5%;蛋白质吸附动力学实验说明蛋白能够吸附于材料表面,因而细胞能够通过蛋白质介导完成黏附和生长,细胞蛋白分泌量为1.02±0.04 mg/scaffold。细胞黏附率和增殖情况的考察说明细胞能够在支架上黏附和增殖,细胞浓度随着时间的增加呈现上升趋势;同时,通过CLSM验证了细胞能够在支架上生长并保持活性,说明支架具有良好的相容性。
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【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R318.08;TP391.73

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