基于自修复胶体凝胶的3D打印生物墨水的研究

发布时间：2021-05-23 12:58

　　3D生物打印是一项使用三维成型设备,在空间尺度上实现细胞、生物材料与生物因子的精准操控,制造与生物体形态功能相近并具备生物活性组织或器官替代物的增材制造技术,在组织工程、再生医学、药物测试和病理模型等领域具有广阔应用前景。作为3D生物打印的代表性手段之一,挤出式生物打印目前普遍面临着墨水种类匮乏、细胞剪切损伤、打印结构组织功能转化困难等典型问题。为此,新型墨水材料的研发势在必行。胶体凝胶是由不连续颗粒组成的具有剪切变稀特性的新型凝胶,通过引入可逆的胶体粒子间作用,胶体凝胶被赋予自修复的特性,因而在可注射医用填充材料及3D生物打印领域具有重要应用价值。然而在此过程中产生的剪切力会对细胞造成损伤,限制了其在生物打印中的应用。为了解决该问题,本文以明胶胶体凝胶（gelatin-based colloidal gels）作为挤出式生物打印墨水,实现载细胞胶体凝胶的打印成型;提出利用微流控技术将单个细胞预先包裹在海藻酸微凝胶中,使细胞最大限度地免受剪切力损伤。本文分别对海藻酸微凝胶的微流控制备技术,明胶胶体凝胶流变学性能与可打印性能,以及微凝胶保护下细胞的活性与功能性,进行了系统的表征与研究。首... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 3D生物打印技术
        1.1.1 喷墨式3D生物打印
        1.1.2 挤出式3D生物打印
        1.1.3 立体平板印刷技术
        1.1.4 不同打印技术比较
    1.2 3D生物打印技术的应用
        1.2.1 再生医学与组织工程
        1.2.2 药物筛选
        1.2.3 体外病理模型
    1.3 生物墨水材料
        1.3.1 化学固化型墨水
        1.3.2 物理固化型墨水
        1.3.3 明胶基纳米结构自修复胶体凝胶
        1.3.4 现有墨水存在的问题
    1.4 3D生物打印的挑战与趋势
        1.4.1 先进的3D打印技术
        1.4.2 仿生的生物墨水材料
        1.4.3 打印支架血管化
        1.4.4 打印细胞的高存活率
    1.5 微流控与液滴微流控
        1.5.1 基于液滴微流控平台的微凝胶制备方法
        1.5.2 用于封装细胞的微凝胶制备技术
        1.5.3 海藻酸用于载细胞微凝胶的制备
    1.6 本课题的研究思路
        1.6.1 本课题的研究内容
        1.6.2 本课题的研究意义
2 微流控生产载细胞海藻酸微凝胶
    2.1 引言
    2.2 实验材料及仪器
        2.2.1 细胞来源
        2.2.2 实验试剂
        2.2.3 实验仪器
    2.3 实验方法
        2.3.1 等温滴定量热
        2.3.2 SD大鼠骨髓间充质干细胞的分离与培养
        2.3.3 细胞培养
        2.3.4 PDMS芯片制作
        2.3.5 试剂配置
        2.3.6 载细胞海藻酸微凝胶制备
        2.3.7 海藻酸凝胶时间测试
        2.3.8 细胞存活检测
        2.3.9 细胞活力检测
        2.3.10 Picogreen dsDNA细胞增殖检测
        2.3.11 Cyto9细胞核染色
        2.3.12 细胞团尺寸检测
        2.3.13 碱性磷酸酶ALP活性检测
        2.3.14 微凝胶矿化表征
        2.3.15 茜素红染色
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 pH对钙复合物平衡解离常数的影响
        2.4.2 流速及酸浓度对微凝胶生产的影响
        2.4.3 不同钙复合物对海藻酸凝胶时间的影响
        2.4.4 海藻酸微凝胶尺寸及微凝胶内的细胞分布
        2.4.5 Ca-NTA与 Ca-EDTA的细胞相容性
        2.4.6 载MSCs的海藻酸微凝胶的体外成骨分化
    2.5 本章小结
3 3D生物打印胶体凝胶及其生物学评价
    3.1 引言
    3.2 实验材料与仪器
        3.2.1 实验材料
        3.2.2 实验仪器
    3.3 实验方法
        3.3.1 明胶胶体凝胶的制备
        3.3.2 胶体凝胶的流变测试
        3.3.3 胶体凝胶可打印性测试
        3.3.4 3D打印支架的形貌表征
        3.3.5 SD大鼠骨髓间充质干细胞的分离与培养
        3.3.6 细胞培养
        3.3.7 微流控技术生产载细胞海藻酸微凝胶
        3.3.8 载细胞明胶胶体颗粒墨水的制备
        3.3.9 Real-time PCR检测MSC成骨诱导后基因的表达情况
        3.3.10 细胞损伤检测
        3.3.11 微凝胶抗剪切损伤检测
        3.3.12 细胞活力检测
        3.3.13 大鼠股骨缺损模型建立
        3.3.14 Micro CT分析
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 胶体凝胶的流变学测试结果
        3.4.2 胶体凝胶可打印性研究结果
        3.4.3 打印支架形貌分析结果
        3.4.4 剪切力下细胞损伤研究结果
        3.4.5 具有保护功能的微凝胶的交联参数研究结果
        3.4.6 微凝胶保护细胞活性的体外研究结果
        3.4.7 微凝胶保护细胞功能的体外研究结果
        3.4.8 微凝胶保护细胞功能的体内研究结果
    3.5 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]生物3D打印——从形似到神似[J]. 贺永,高庆,刘安,孙苗,傅建中.  浙江大学学报(工学版). 2019(03)
[2]Bioprinting-Based High-Throughput Fabrication of Three-Dimensional MCF-7 Human Breast Cancer Cellular Spheroids[J]. Kai Ling,Guoyou Huang,Juncong Liu,Xiaohui Zhang,Yufei Ma,Tianjian Lu,Feng Xu.  Engineering. 2015(02)

博士论文
[1]基于生物墨水交联机理的微挤出式生物三维打印技术研究[D]. 欧阳礼亮.清华大学 2017

硕士论文
[1]用于3D生物打印的双网络胶体凝胶的开发[D]. 陈楷文.大连理工大学 2018



本文编号：3202564