基于MAM挤出沉积成型制备HA骨组织支架工艺研究

发布时间：2017-12-07 20:14

  本文关键词：基于MAM挤出沉积成型制备HA骨组织支架工艺研究

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【摘要】：骨缺损为临床上常见病症，而目前治疗骨组织缺损和失效的方法局限于自体或异体骨移植，或者用以非降解材料如钛合金植入缺损部位，完成创伤的修复。随着生物材料和组织工程学的发展，可降解骨组织支架替代原始的自体骨或异体骨移植成为了骨缺损修复最具前景的研究和应用领域。 骨组织工程支架需具备三维复杂孔隙结构和良好的力学和生物学性能，传统的加工方法诸如发泡粒子沥虑法等无法制备出结构可控的三维孔隙结构。三维打印（3dimensional printing，3DP）快速成形技术（rapid prototyping，RP）的发展和应用为解决上述问题提供了可能。自1993年Sachs等人首次提出三维打印快速成形技术以来，3DP技术取得了突飞猛进的发展，3DP俨然已成为当今全球最热门的科技名词，被《经济学人》杂志认为将推动实现第三次工业革命。本文基于电机助推（MAM）精密挤出沉积成型技术制备了具备复杂孔隙结构的羟基磷灰石骨组织工程支架，完成了力学和生物学性能评价，并就挤出成型原理和工艺优化进行了深刻地研究和探讨。 本文根据挤出成型技术对浆料性能的要求，系统研究了纳米羟基磷灰石颗粒在水基分散基质中的分散机理，并归纳了其影响因素。根据粘度和沉降实验，得出了当体系分散剂聚丙烯酸铵含量为质量分数1.5%，pH为9-10，温度为25-30°C，分散基质中甘油质量分数10%，表面活性剂PEG含量4%时，浆料的均匀性和分散性达到了最佳。 对浆料在挤出过程中的流动过程进行了流体力学分析，得出了喷嘴直径和挤压速度等参数对浆料挤出过程中的挤出速度和挤出胀大效应有一定的影响。采用POLYFLOW有限元软件建立非牛顿流体宾汉模型对浆料挤出过程进行模拟，然后采用实验验证得出最佳的工艺参数。经分析与讨论，适用于挤出成型的最佳工艺参数为：喷嘴直径φ=0.34mm，扫描速度Vxy=7mm/s，活塞挤压速度Vt=0.005mm/s。 优化了后处理烧结工艺过程，，依据烧结原理，对烧结方式、烧结温度和烧结时间等影响支架微观组织和性能的因素进行了系统性研究。并得到了最佳工艺流程：微波烧结1200°C，保温30min。烧结后的支架具备良好的力学性能，抗压强度为45.57MPa。最后对所制备支架进行了生物学性能检测，通过体外的小鼠细胞MC3T3-E1与支架的联合培养，采用SEM观测细胞在支架上有着很好的粘附。CCK-8实验也证明了其良好的增殖性能。将支架移植入新西兰大白兔大腿骨节处，对支架的成骨性能进行初步的探索。Micro-CT和钙黄绿素荧光检测实验结果显示，两周后骨缺损处支架表面有一定的新骨形成，在一定程度上证明了支架具备良好的骨诱导性。本文结合挤出沉积快速成型工艺和微波烧结技术，制备了三维多孔羟基磷灰石支架，并在原理上对整个工艺进行了优化和改进，并通过力学和生物学检测验证了其临床可行性。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.08

【参考文献】

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1 徐培;吴海珍;;骨组织工程复合支架材料的研究进展[J];安徽医药;2010年06期

2 朱伟民;王大平;熊建义;;骨组织工程支架材料的生物学特性及临床应用[J];中国组织工程研究与临床康复;2007年48期

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本文编号：1263633