面向组织工程的生物三维打印复合成型系统开发及实验研究
发布时间：2021-08-23 10:07
组织损伤修复是目前组织工程研究的热点,利用组织工程支架完成缺损组织修复及重建是常用的临床治疗方法之一。与传统的制造方式相比,生物三维打印具有可以制造复杂结构组织、个性化、高精度等优点。随着生物三维打印技术的不断进步与发展,精确制造目标组织替代物在组织工程的研究领域具有重要意义。本文以实现目标组织的结构-功能一体化制造为目的,设计一种基于复合制造工艺的生物三维打印装置,并以半月板支架为例进行打印实验及测试,进一步验证设计的可行性。本文的主要研究如下:首先,确定以某男性志愿者的半月板CT扫描影像作为图像数据来源,在Matlab GUI环境下对半月板CT图像进行二值化、滤波、边缘检测处理,得到轮廓清晰的图像,再将其导入Mimics三维建模软件进行半月板三维模型重建,并设计了三种不同的半月板内部结构,在Abaqus中进行力学仿真分析,为后期打印实验提供数据来源。其次,为实现以半月板为例的目标生物组织制备,在功能需求分析基础上,选择熔融沉积制造工艺与气动挤出相结合,设计一种复合成型工艺的双喷头生物打印装置。以三轴龙门运动框架作为机械框架,配合基于ARM的电气控制系统等多个模块构成双喷头生物打印装...
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（２０１６－２０２１年）复合增长率预测??１．２国内外研究现状??
为有效解决这一问题带来了希望。??目前生物三维打印主要有以下三种形式：挤出型生物三维打印、喷墨型生物??三维打印和激光辅助型生物三维打印，如图１．２所示［２４］。??｜?ｙ?９?ｆ??ａ?＊?署響｝?＊??（３）喷墨生物打印?（ｂ）?＊挤压喷墨打印?（Ｃ）激光辅助生物打印??图１．２生物三维打印技术工艺分类??（１）喷墨生物打印??喷墨生物打印是一种非接触技术，打印所需生物墨滴主要是通过热或电的形??式生成，在喷嘴处以微升为单位非接触式喷出，并根据打印需要精确到水凝胶基??质或者培养皿上的特定位置，如图１．２（ａ）所示。喷墨式生物打印机包含２个打印??的喷头，分别用来放置生物墨水和打印生物纸。其中，生物墨水主要包含细胞、??生长因子等生物材料，打印生物纸主要的成分为水凝胶，作为细胞生长的支架１２５］。??喷墨生物打印技术能够以数字控制、单细胞操控、高流通量的优势进行构建三维??生物组织结构，是目前实现制造高复杂、高精度的血管组织的最优打印方式。??喷墨生物打印技术一般可分为以下两种：热气泡式和压电式。其中，热气泡??式喷墨生物打印技术则是通过将打印喷头的内部温度加热至２００？３００°Ｃ
（ａ）植入物?（ｂ）体内示意图??图１．３?ＮＵＳｕｒｆａｃｅ半月板植入物??Ｌｅｅ?等基于用转化生长因子－Ｐ３?（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ?Ｇｒｏｗｔｈ?Ｆａｃｔｏｒ＿ｐ３，?ＴＧＦ０３）与??结缔组织生长因子（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｅ?Ｔｉｓｓｕｅ?Ｇｒｏｗｔｈ?Ｆａｃｔｏｒ，?ＣＴＧＦ）两种因子处理ＭＳＣｓ??细胞研宄细胞成纤维分化情况实验结果为理论基础，利用半月板ＰＣＬ（聚已内酯）??支架进行羊动物体植入实验，结果表明支架的外侧有较多１型胶原表达，支架内??侧有较多ＩＩ型胶原与蛋白聚糖表达，与羊自身的天然半月板结构相符合，打印??的半板支架如图１．４所示％１。??ｍｍ??（ａ）三维模型?（ｂ）ＰＣＬ支架??图１．４羊半月板ＰＣＬ支架??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]医学信息化进程及前景应用[J]. 王若愚,耿兆晖. 电子技术与软件工程. 2018(21)
[2]生物医疗领域三维打印的研究与应用[J]. 鞠尔男,武力,李欣芯,关天民,陈勇,杜宇欢. 中国组织工程研究. 2018(30)
[3]3D打印制备聚己内酯/Ⅰ型胶原组织工程半月板支架及其理化特性的研究[J]. 沈师,陈明学,高爽,郭维民,王振勇,李浩江,李旭,张彬,鲜海,张学亮,刘舒云,郝立波,卓乃强,郭全义. 中国修复重建外科杂志. 2018(09)
[4]人工半月板移植物研究进展[J]. 李金歌,肖建林,左建林,杨小牛. 生物医学工程学杂志. 2018(03)
[5]图像分割方法在医学领域中的应用[J]. 郑彩侠,张同舟,孙长江,刘景鑫. 中国医疗设备. 2018(06)
[6]现代医学影像技术中计算机图像处理技术的应用[J]. 曾玲. 电子技术与软件工程. 2018(08)
[7]3D生物打印在组织/器官类似物制造领域的应用[J]. 王雪欣,张明谏,李小兵,韩维鑫,李金桥. 中国组织工程研究. 2018(10)
[8]半月板损伤修复的研究进展[J]. 耿云航,刘晓阳,徐强. 青岛大学医学院学报. 2017(06)
[9]生物细胞三维打印技术与材料研究进展[J]. 杨润怀,陈月明,马长望,王会琴,王淑玥. 生物医学工程学杂志. 2017(02)
[10]3D生物打印技术在组织工程支架构建与再生中的应用进展[J]. 金嘉长,王扬,马维虎,竺亚斌. 航天医学与医学工程. 2016(06)
博士论文
[1]仿生型PCL/明胶/硫酸软骨素复合取向支架的制备及其半月板组织工程的实验研究[D]. 杨育晖.吉林大学 2018
硕士论文
[1]激光诱导生物打印关键技术及应用研究[D]. 杨如松.国防科学技术大学 2016
[2]激光增材制造（3D打印）制备生物医用多孔金属工艺及组织性能研究[D]. 李洋.苏州大学 2015
[3]基于Matlab GUI的医学图像处理系统[D]. 杨宝会.暨南大学 2014
[4]压电式喷墨打印研究[D]. 沈旭峰.江南大学 2013
[5]基于气动控制的多细胞三维打印技术研究[D]. 杨敏.杭州电子科技大学 2013
[6]改性海藻酸钠凝胶的制备及性能研究[D]. 李志勇.江南大学 2008
本文编号：3357663
【文章来源】：南京师范大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（２０１６－２０２１年）复合增长率预测??１．２国内外研究现状??
为有效解决这一问题带来了希望。??目前生物三维打印主要有以下三种形式：挤出型生物三维打印、喷墨型生物??三维打印和激光辅助型生物三维打印，如图１．２所示［２４］。??｜?ｙ?９?ｆ??ａ?＊?署響｝?＊??（３）喷墨生物打印?（ｂ）?＊挤压喷墨打印?（Ｃ）激光辅助生物打印??图１．２生物三维打印技术工艺分类??（１）喷墨生物打印??喷墨生物打印是一种非接触技术，打印所需生物墨滴主要是通过热或电的形??式生成，在喷嘴处以微升为单位非接触式喷出，并根据打印需要精确到水凝胶基??质或者培养皿上的特定位置，如图１．２（ａ）所示。喷墨式生物打印机包含２个打印??的喷头，分别用来放置生物墨水和打印生物纸。其中，生物墨水主要包含细胞、??生长因子等生物材料，打印生物纸主要的成分为水凝胶，作为细胞生长的支架１２５］。??喷墨生物打印技术能够以数字控制、单细胞操控、高流通量的优势进行构建三维??生物组织结构，是目前实现制造高复杂、高精度的血管组织的最优打印方式。??喷墨生物打印技术一般可分为以下两种：热气泡式和压电式。其中，热气泡??式喷墨生物打印技术则是通过将打印喷头的内部温度加热至２００？３００°Ｃ
（ａ）植入物?（ｂ）体内示意图??图１．３?ＮＵＳｕｒｆａｃｅ半月板植入物??Ｌｅｅ?等基于用转化生长因子－Ｐ３?（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ?Ｇｒｏｗｔｈ?Ｆａｃｔｏｒ＿ｐ３，?ＴＧＦ０３）与??结缔组织生长因子（Ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｅ?Ｔｉｓｓｕｅ?Ｇｒｏｗｔｈ?Ｆａｃｔｏｒ，?ＣＴＧＦ）两种因子处理ＭＳＣｓ??细胞研宄细胞成纤维分化情况实验结果为理论基础，利用半月板ＰＣＬ（聚已内酯）??支架进行羊动物体植入实验，结果表明支架的外侧有较多１型胶原表达，支架内??侧有较多ＩＩ型胶原与蛋白聚糖表达，与羊自身的天然半月板结构相符合，打印??的半板支架如图１．４所示％１。??ｍｍ??（ａ）三维模型?（ｂ）ＰＣＬ支架??图１．４羊半月板ＰＣＬ支架??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]医学信息化进程及前景应用[J]. 王若愚,耿兆晖. 电子技术与软件工程. 2018(21)
[2]生物医疗领域三维打印的研究与应用[J]. 鞠尔男,武力,李欣芯,关天民,陈勇,杜宇欢. 中国组织工程研究. 2018(30)
[3]3D打印制备聚己内酯/Ⅰ型胶原组织工程半月板支架及其理化特性的研究[J]. 沈师,陈明学,高爽,郭维民,王振勇,李浩江,李旭,张彬,鲜海,张学亮,刘舒云,郝立波,卓乃强,郭全义. 中国修复重建外科杂志. 2018(09)
[4]人工半月板移植物研究进展[J]. 李金歌,肖建林,左建林,杨小牛. 生物医学工程学杂志. 2018(03)
[5]图像分割方法在医学领域中的应用[J]. 郑彩侠,张同舟,孙长江,刘景鑫. 中国医疗设备. 2018(06)
[6]现代医学影像技术中计算机图像处理技术的应用[J]. 曾玲. 电子技术与软件工程. 2018(08)
[7]3D生物打印在组织/器官类似物制造领域的应用[J]. 王雪欣,张明谏,李小兵,韩维鑫,李金桥. 中国组织工程研究. 2018(10)
[8]半月板损伤修复的研究进展[J]. 耿云航,刘晓阳,徐强. 青岛大学医学院学报. 2017(06)
[9]生物细胞三维打印技术与材料研究进展[J]. 杨润怀,陈月明,马长望,王会琴,王淑玥. 生物医学工程学杂志. 2017(02)
[10]3D生物打印技术在组织工程支架构建与再生中的应用进展[J]. 金嘉长,王扬,马维虎,竺亚斌. 航天医学与医学工程. 2016(06)
博士论文
[1]仿生型PCL/明胶/硫酸软骨素复合取向支架的制备及其半月板组织工程的实验研究[D]. 杨育晖.吉林大学 2018
硕士论文
[1]激光诱导生物打印关键技术及应用研究[D]. 杨如松.国防科学技术大学 2016
[2]激光增材制造（3D打印）制备生物医用多孔金属工艺及组织性能研究[D]. 李洋.苏州大学 2015
[3]基于Matlab GUI的医学图像处理系统[D]. 杨宝会.暨南大学 2014
[4]压电式喷墨打印研究[D]. 沈旭峰.江南大学 2013
[5]基于气动控制的多细胞三维打印技术研究[D]. 杨敏.杭州电子科技大学 2013
[6]改性海藻酸钠凝胶的制备及性能研究[D]. 李志勇.江南大学 2008
本文编号：3357663
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3357663.html
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