3D打印水凝胶支架的摩擦行为研究

发布时间：2017-05-25 06:11

  本文关键词：3D打印水凝胶支架的摩擦行为研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水凝胶由于具有高润滑、高含水、生物相容性良好等优良性能被认为是作为组织工程支架的最具有潜力的材料。随着快速成型技术的发展,利用快速成型技术制备水凝胶生物支架受到了广泛的关注。本文基于快速成型技术,利用基于喷嘴的3D打印技术制备了二氧化硅/聚乙烯醇(SiO2/PVA)水凝胶支架与海藻酸钠(SA)水凝胶支架。对两种水凝胶支架成型的3D成型工艺进行了研究,表征了支架的形貌,测试了水凝胶支架的力学性能,并研究了水凝胶支架的摩擦行为以及生物相容性。基于喷嘴的3D打印技术能够成型具有精细结构的水凝胶支架,支架的线宽可达200μm,孔隙率最高可达64.7%,内部具有相互贯通的三维通孔结构。通过调节3D打印机的设备参数能够影响水凝胶支架的精度,支架的精度随VS:VN的减小而增大,并且通过计算机对水凝胶支架结构模型的设计,通过该方法能够成型不同结构的水凝胶支架;该技术对溶胶具有选择性,溶胶须满足零剪切黏度大于10000 Pa·s,当剪切速率达到10 s-1时,其剪切速率小于100 Pa·s;同时溶胶还须满足,低频时,G’G”,高频时,G’G”,才能够适合进行挤出并3D堆积成型。水凝胶支架的压缩模量随孔隙率的升高而降低,并且水凝胶支架的压缩模量比同样配比的块体水凝胶的压缩模量低。这是由于块体水凝胶的宏观网络较水凝胶支架更为致密,并且水凝胶支架的木堆结构能够耗散部分外力的作用,使水凝胶支架表现出比块体水凝胶较好的压缩回弹性能。低速(10-6~10-3 m/s)时,由于与基板的接触面积不同,水凝胶支架的摩擦力随孔隙率的增加稍有降低;高速(10-2~1 m/s)时,由于摩擦行为转变为流体动力润滑,孔隙率对支架摩擦力影响不明显。在低载荷(0.3 KPa)下,块体水凝胶与基板接触时,容易产生捕获水,当摩擦速率较低时(10-6~10-3 m/s),捕获水能够在水凝胶表面与基板时间随机自由移动,从而导致块体水凝胶的摩擦行为具有不稳定性;而水凝胶支架由于其内部的相互贯通的三维通孔结构,在与基板接触时,不易产生捕获水,使得摩擦行为具有重复性。当增加载荷时,块体水凝胶与基板支架的捕获水在外力的作用下被排挤出去,使得块体水凝胶的摩擦稳定性提高。在相同载荷下,SA水凝胶支架的摩擦力较SiO2/PVA水凝胶支架小。SiO2/PVA水凝胶支架与SA水凝胶支架均能够支持人体肝细胞的生长与粘附,支架内部相互贯通的三维通孔结构有利于细胞培养液与细胞代谢废液的流通,能够促支架上细胞的增殖;SA水凝胶支架的细胞粘附性较SiO2/PVA水凝胶支架好,并且SA水凝胶支架上细胞的增殖速率比SiO2/PVA水凝胶支架上的细胞增殖速率大。SA水凝胶支架的生物性能较SiO2/PVA水凝胶支架更为优异。
【关键词】：3D打印 支架 水凝胶 摩擦
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ427.26
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-24
• 1.1 前言11
• 1.2 水凝胶的应用11-14
• 1.2.1 隐形眼镜11-12
• 1.2.2 伤口敷料12
• 1.2.3 药物载体12-13
• 1.2.4 组织工程13-14
• 1.3 水凝胶支架的成型方法14-20
• 1.3.1 基于激光的快速成型技术16-17
• 1.3.2 基于喷嘴的快速成型技术17-18
• 1.3.3 喷墨打印技术18-20
• 1.4 水凝胶的摩擦行为20-22
• 1.4.1 摩擦基板对水凝胶滑动摩擦的影响20-21
• 1.4.2 润滑环境对水凝胶滑动摩擦的影响21
• 1.4.3 水凝胶表面形貌对水凝胶滑动摩擦的影响21
• 1.4.4 交联与结晶对水凝胶摩擦行为的影响21-22
• 1.5 本课题的研究内容与意义22-24
• 第2章 实验部分24-31
• 2.1 实验原料及仪器设备24-25
• 2.2 水凝胶支架的制备25-27
• 2.2.1 SiO_2/PVA水凝胶支架的制备25-26
• 2.2.3 SA水凝胶支架的制备26-27
• 2.4 水凝胶支架的分析测试方法27-31
• 2.4.1 溶胀性能测试27
• 2.4.2 孔隙率测试27
• 2.4.3 力学性能测试27-28
• 2.4.4 摩擦行为测试28-29
• 2.4.5 生物相容性测试29-31
• 第3章 3D成型SiO_2/PVA水凝胶支架的制备工艺研究31-40
• 3.1 前言31
• 3.2 SIO_2/PVA水凝胶支架的制备机理31-33
• 3.2.1 SiO_2/PVA水凝胶的两步法 3D成形工艺原理31-33
• 3.2.2 支架的后处理33
• 3.3 3D成型工艺的研究33-39
• 3.3.1 溶胶的流变性能研究33-37
• 3.3.2 3D打印机参数对支架成型的影响37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 二氧化硅/聚乙烯醇水凝胶支架的制备与研究40-50
• 4.1 前言40
• 4.2 SiO_2/PVA水凝胶支架的形貌测试40-41
• 4.3 SiO_2/PVA水凝胶支架的力学性能分析41-45
• 4.3.1 SiO_2/PVA水凝胶支架的力学强度41-43
• 4.3.2 SiO_2/PVA水凝胶支架的能量耗散43-45
• 4.4 SiO_2/PVA水凝胶支架的摩擦行为研究45-48
• 4.4.1 不同孔隙率的SiO_2/PVA水凝胶支架的摩擦行为45-47
• 4.4.2 SiO_2/PVA水凝胶支架的摩擦机理分析47-48
• 4.5 SiO_2/PVA水凝胶支架的生物相容性研究48-49
• 4.5.1 SiO_2/PVA水凝胶支架的细胞粘附性研究48
• 4.5.2 细胞计数48-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第5章 海藻酸钠水凝胶支架的制备与研究50-60
• 5.1 前言50
• 5.2 海藻酸钠水凝胶支架的形貌测试50-51
• 5.3 海藻酸钠水凝胶支架的力学性能分析51-54
• 5.3.1 海藻酸钠水凝胶支架的力学强度51-52
• 5.3.2 海藻酸钠水凝胶支架的能量耗散52-54
• 5.4 海藻酸钠水凝胶支架的摩擦行为研究54-57
• 5.4.1 不同孔隙率的海藻酸钠水凝胶的摩擦行为55-56
• 5.4.2 海藻酸钠水凝胶支架的摩擦机理分析56-57
• 5.5 海藻酸钠那水凝胶支架的生物相容性研究57-58
• 5.5.1 海藻酸钠水凝胶支架的细胞粘附性研究57-58
• 5.5.2 细胞计数58
• 5.6 本章小结58-60
• 第6章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录67

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本文编号：392832