基于3D打印的磷酸三钙骨组织工程支架研究

发布时间：2022-10-04 20:21

　　磷酸三钙（TCP）与骨无机相的化学成分相似,因为具有良好的生物活性和骨传导性等优点而被广泛应用,是理想的骨缺损修复材料。制备力学性能良好的TCP骨组织工程支架一直是研究的重点,这与材料本身的性质、制备方式以及烧结工艺等要素有关。本文研究利用3D打印技术制备的内部连通网格结构的TCP支架,探索了烧结工艺和孔径结构对TCP支架力学性能的影响,在此基础上研究了添加氧化锌（ZnO）对TCP支架的影响。首先,确定了可以稳定打印的TCP浆料以及其打印参数,通过3D打印制备了TCP支架,并对TCP支架的烧结工艺进行了详细的研究。通过对TCP支架进行热重分析得到支架的预烧结温度;探索不同烧结温度对支架表观形貌、质量和体积收缩率、孔隙率、力学性能以及降解性能的影响。结果表明,当烧结温度为1150℃时,晶粒生长充分、气孔最少,支架具有最大的体积收缩率、最小的孔隙率以及最优的力学性能,抗压强度可以达到6.52±0.84MPa。此外,与其他烧结温度下制备的支架相比,1150℃下烧结制备的支架在酸性环境中降解最慢,进一步说明其在长期植入时具有更佳的力学稳定性。其次,通过改变填充间距制备不同孔径结构的TCP支架,... 

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 骨组织工程简介
        1.1.1 骨的组成和结构
        1.1.2 骨缺损再生修复的传统方法
        1.1.3 骨组织工程
    1.2 骨组织工程支架的材料与制备
        1.2.1 骨组织工程支架的材料
        1.2.2 骨组织工程支架的制备
    1.3 磷酸三钙的3D打印及力学性能优化研究
        1.3.1 磷酸三钙的3D打印
        1.3.2 磷酸三钙力学性能优化的研究现状
    1.4 研究内容和意义
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 研究意义
2 磷酸三钙烧结工艺的研究
    2.1 实验材料及器材
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 实验器材
    2.2 实验方案设计
        2.2.1 磷酸三钙浆料的配置
        2.2.2 打印参数的设置
        2.2.3 热重分析
        2.2.4 烧结工艺处理
        2.2.5 SEM观察
        2.2.6 收缩率测试
        2.2.7 孔隙率测试
        2.2.8 力学性能测试
        2.2.9 降解性能测试
        2.2.10 统计分析
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 热重分析结果
        2.3.2 烧结温度对磷酸三钙支架宏观和微观形貌的影响
        2.3.3 烧结温度对磷酸三钙支架质量和体积收缩率的影响
        2.3.4 烧结温度对磷酸三钙支架孔隙率的影响
        2.3.5 烧结温度对磷酸三钙支架力学强度的影响
        2.3.6 烧结温度对磷酸三钙支架降解性能的影响
    2.4 小结
3 3D打印不同孔径结构磷酸三钙支架的研究
    3.1 实验材料及器材
        3.1.1 实验材料
        3.1.2 实验仪器
    3.2 实验方案设计
        3.2.1 不同孔径结构支架的制备
        3.2.2 表观形貌分析
        3.2.3 孔隙率测试
        3.2.4 力学性能测试
        3.2.5 降解性能测试
        3.2.6 大鼠骨髓间充质干细胞提取及培养
        3.2.7 细胞活性检测
        3.2.8 细胞增殖检测
        3.2.9 统计分析
    3.3 实验结果与讨论
        3.3.1 不同孔径结构支架的表观形貌
        3.3.2 不同孔径结构支架的孔隙率
        3.3.3 不同孔径结构支架的力学性能
        3.3.4 不同孔径结构支架的降解性能
        3.3.5 细胞生长结果
        3.3.6 不同孔径结构支架的细胞分布和形态
        3.3.7 不同孔径结构支架的细胞增殖
    3.4 小结
4 3D打印磷酸三钙/氧化锌复合支架的研究
    4.1 氧化锌材料的介绍
    4.2 实验材料及器材
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验仪器
    4.3 实验方案设计
        4.3.1 复合支架的制备
        4.3.2 烧结工艺处理
        4.3.3 微观结构观察
        4.3.4 力学性能测试
        4.3.5 细胞活性检测
        4.3.6 统计分析
    4.4 实验结果与讨论
        4.4.1 ZnO/TCP复合支架的宏观和微观形貌
        4.4.2 ZnO/TCP复合支架的力学性能
        4.4.3 ZnO/TCP复合支架的细胞活性
    4.5 小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]骨髓间充质干细胞与胰岛细胞共培养对胰岛功能的影响[J]. 杨慧明,俞星,方宇辉.  中国组织工程研究. 2019(33)
[2]细胞3D打印技术概述[J]. 赵雨.  新材料产业. 2019(02)
[3]基于3D打印的Ⅰ型胶原涂覆β-TCP骨组织工程支架研究[J]. 孙开瑜,徐铭恩,周永勇.  中国生物医学工程学报. 2018(03)
[4]第四军医大学西京医院成功实施世界首例组织工程再生骨修复大段骨缺损技术[J].   医学争鸣. 2017(06)
[5]Bone biomaterials and interactions with stem cells[J]. Chengde Gao,Shuping Peng,Pei Feng,Cijun Shuai.  Bone Research. 2017(04)
[6]骨组织工程支架材料在骨缺损修复及3D打印技术中的应用[J]. 党莹,李月,李瑞玉,吴立萍,郭雅静,宋瑞佳.  中国组织工程研究. 2017(14)
[7]应用3D打印技术制作组织工程支架:修复骨缺损的研究回顾[J]. 金灿,陈振琦.  中国组织工程研究. 2017(10)
[8]Bio-Gide胶原膜对兔骨髓间充质干细胞增殖和成骨分化的影响[J]. 许繁,杨德圣.  中国组织工程研究. 2014(30)
[9]纳米陶瓷材料烧结技术的研究进展[J]. 李翀,武明,赵金龙,王诗阳.  热加工工艺. 2012(24)
[10]利用显微外科技术促进组织工程骨血管化的研究进展[J]. 王耀一,杨新明,胡振顺,孟宪勇.  实用骨科杂志. 2011(11)

博士论文
[1]多孔磷酸钙骨组织工程支架的可控制备与性能研究[D]. 伍权.华中科技大学 2012
[2]磷酸钙降解陶瓷的组成与结构在体内的变化及成骨机制研究[D]. 戴红莲.武汉理工大学 2005

硕士论文
[1]面向牙槽骨修复的3D打印技术研究[D]. 孙开瑜.杭州电子科技大学 2018
[2]三维可控微结构多孔生物活性陶瓷的制备及其性能研究[D]. 马艺娟.华南理工大学 2015



本文编号：3685698