聚己内酯—水凝胶复合支架的3D打印工艺研究
发布时间：2021-06-18 15:01
生物3D打印是将混有活细胞的“生物墨水”进行逐层打印形成三维结构的技术。所打印出的结构除了可以应用于组织工程支架、三维支架细胞培养、药物筛选等领域,也为人工组织和器官的制造提供了崭新的方向。因此,生物3D打印是3D打印技术相关研究中最具前沿性和研究价值的领域之一。过去十余年里,生物3D打印技术在持续不断地发展。但是,限于材料、工艺等因素,打印的分辨率和质量仍不能达到令人满意的程度,导致实现功能性组织和器官打印的愿景依然渺茫。聚己内酯-水凝胶复合支架是生物3D打印常用的打印方案。本文从该复合支架出发,为提高打印分辨率和质量开展了一系列改进工作。本文首先设计开发了一套基于模块化设计理念的高精度多材料生物3D打印系统,其机械结构、硬件电路、控制软件及切片软件均根据多材料的生物3D打印要求进行了特殊设计。基于该3D打印系统,本文采用仿真和实验相结合的方法对聚己内酯（PCL）的熔融沉积成型（FDM）打印和海藻酸盐（SA）水凝胶的电机助推微注射器（MAM）打印工艺进行了一系列探索工作,最终成功实现了聚己内酯-水凝胶复合支架的高精度3D打印。本文建立了FDM热流模型并采用数值仿真法进行模拟分析,发现...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用了微滴喷射技术的3D打印机Fig.1-13Dprinterusingmicro-dropletjettingtechnology
1.1.2 生物 3D 打印与普通3D打印技术不同，生物3D打印的材料可以是混合有各种活细胞的“生物墨水”，通过精确控制打印速度和墨水流量，实现细胞的打印，逐层形成三维组织结构，打印过程的实质是让细胞在生物材料支架上形成三维结构[9]。除了打印组织工程支架，生物 3D 打印为功能性人体组织和器官的医学研究和再生治疗提供了一种非常有前途的方法，因此它是 3D 打印技术研究中最具前沿性和研究价值的领域之一[10]。根据美国健康与人类服务部的数据，截至 2017 年 6 月，美国约有 12 万名患者需要进行器官移植手术，但可供移植的器官捐献者仅有约 5200 名在这种情况下，生物 3D 打印技术是最有望弥补器官短缺的替代方法[11]。生物 3D 打印技术可应用于组织工程支架、三维支架细胞培养、药物筛选等领域，它以巨大的发展潜力和光明的应用前景吸引了全世界众多科研工作者的注意力。例如在组织工程领域，随着生物 3D 打印技术的出现和广泛应用，研究人员可以使用 3D 支架代替 2D 支架，大大改善支架力学性能的同时也可以用一个更立体的视角考察细胞生长、繁殖、表达等行为[12]。
上海交通大学硕士学位论文术，使打印具有复杂结构形状的支架成为可能。可根据实际需要和生物体特性设置对应的材料交联度和孔隙率，实现支架机械性能和生物性能的控制，从而为细胞的粘附、生长、增殖、分化提供有利环境[15]。如以干细胞为打印材料，使用 3D打印技术创建带有自我维持功能的血管结构的组织或器官，如人造骨、人造肾和人造肝[16-18]，这些植入物可用于组织缺损的修复以满足患者的个性化需求[19]。生物 3D 打印的核心技术是细胞的 3D 打印技术[14]：3D 打印机接受根据三维模型切片计算产生的控制指令，在指定位置组装活细胞载体或其他材料，从而制造出含活细胞的组织或器官。该过程中，细胞可以通过机械方法直接操作，也可包埋在细胞载体内被间接打印[20]。另外，生物 3D 打印技术还可以制备出和天然组织类似的三维贯通微孔结构，该三维体具有高度仿生的结构和形态特征。因此，生物 3D 打印技术赋予了组织工程支架极好的生物活性和组织修复能力[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]阀控式熔体微分3D打印机工作特性的研究[J]. 熊韩,焦志伟,迟百宏,刘晓军,杨卫民. 中国塑料. 2017(07)
[2]水凝胶流变学研究概况[J]. 郑学晶,刘芳蓓,裴莹,刘捷,魏丹丹,汤克勇. 高分子通报. 2017(05)
[3]基于Fluent的3D打印ABS熔体热流模拟分析[J]. 贾永臻,廖敦明,陈涛,唐玉龙,张兆创,卿前云. 塑料. 2017(01)
[4]M/G比对海藻酸钠溶胶流变学性质的影响[J]. 李倩倩,陈海华,王雨生,张楠. 现代食品科技. 2016(04)
[5]熔融沉积成型过程喷头的传热模拟及实验研究[J]. 王利,李自良,王靖,祁冬杰,杨东方. 机械与电子. 2016(01)
[6]生物水凝胶的现状与展望[J]. 王凤凤,郑根建,周岚. 海南医学. 2015(17)
[7]3D打印技术在生物医学领域的应用[J]. 孙慕松,宫俊霞,宋文植. 世界复合医学. 2015(02)
[8]生物3D打印的产业化机遇[J]. 徐弢. 中国工业评论. 2015(05)
[9]3D打印喷头的热力学分析与结构优化设计[J]. 肖亮,马训鸣,要义勇,谢志宴. 机械制造. 2014(07)
[10]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
博士论文
[1]可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶的制备及性能研究[D]. 韩彦.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]海藻酸盐基水凝胶的制备及其性能研究[D]. 秦承玲.东华大学 2017
[2]3D打印过程的计算机仿真研究[D]. 张龙.兰州理工大学 2014
[3]主动控制湍流模拟风洞系统设计[D]. 刘子娟.上海交通大学 2013
[4]超临界流体微孔注射成型中均相溶液黏度模型的研究[D]. 郭星.郑州大学 2010
[5]组织工程用海藻酸钠及其水凝胶的制备与性能研究[D]. 齐欲莎.暨南大学 2008
本文编号：3236873
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：136 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
利用了微滴喷射技术的3D打印机Fig.1-13Dprinterusingmicro-dropletjettingtechnology
1.1.2 生物 3D 打印与普通3D打印技术不同，生物3D打印的材料可以是混合有各种活细胞的“生物墨水”，通过精确控制打印速度和墨水流量，实现细胞的打印，逐层形成三维组织结构，打印过程的实质是让细胞在生物材料支架上形成三维结构[9]。除了打印组织工程支架，生物 3D 打印为功能性人体组织和器官的医学研究和再生治疗提供了一种非常有前途的方法，因此它是 3D 打印技术研究中最具前沿性和研究价值的领域之一[10]。根据美国健康与人类服务部的数据，截至 2017 年 6 月，美国约有 12 万名患者需要进行器官移植手术，但可供移植的器官捐献者仅有约 5200 名在这种情况下，生物 3D 打印技术是最有望弥补器官短缺的替代方法[11]。生物 3D 打印技术可应用于组织工程支架、三维支架细胞培养、药物筛选等领域，它以巨大的发展潜力和光明的应用前景吸引了全世界众多科研工作者的注意力。例如在组织工程领域，随着生物 3D 打印技术的出现和广泛应用，研究人员可以使用 3D 支架代替 2D 支架，大大改善支架力学性能的同时也可以用一个更立体的视角考察细胞生长、繁殖、表达等行为[12]。
上海交通大学硕士学位论文术，使打印具有复杂结构形状的支架成为可能。可根据实际需要和生物体特性设置对应的材料交联度和孔隙率，实现支架机械性能和生物性能的控制，从而为细胞的粘附、生长、增殖、分化提供有利环境[15]。如以干细胞为打印材料，使用 3D打印技术创建带有自我维持功能的血管结构的组织或器官，如人造骨、人造肾和人造肝[16-18]，这些植入物可用于组织缺损的修复以满足患者的个性化需求[19]。生物 3D 打印的核心技术是细胞的 3D 打印技术[14]：3D 打印机接受根据三维模型切片计算产生的控制指令，在指定位置组装活细胞载体或其他材料，从而制造出含活细胞的组织或器官。该过程中，细胞可以通过机械方法直接操作，也可包埋在细胞载体内被间接打印[20]。另外，生物 3D 打印技术还可以制备出和天然组织类似的三维贯通微孔结构，该三维体具有高度仿生的结构和形态特征。因此，生物 3D 打印技术赋予了组织工程支架极好的生物活性和组织修复能力[21]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]阀控式熔体微分3D打印机工作特性的研究[J]. 熊韩,焦志伟,迟百宏,刘晓军,杨卫民. 中国塑料. 2017(07)
[2]水凝胶流变学研究概况[J]. 郑学晶,刘芳蓓,裴莹,刘捷,魏丹丹,汤克勇. 高分子通报. 2017(05)
[3]基于Fluent的3D打印ABS熔体热流模拟分析[J]. 贾永臻,廖敦明,陈涛,唐玉龙,张兆创,卿前云. 塑料. 2017(01)
[4]M/G比对海藻酸钠溶胶流变学性质的影响[J]. 李倩倩,陈海华,王雨生,张楠. 现代食品科技. 2016(04)
[5]熔融沉积成型过程喷头的传热模拟及实验研究[J]. 王利,李自良,王靖,祁冬杰,杨东方. 机械与电子. 2016(01)
[6]生物水凝胶的现状与展望[J]. 王凤凤,郑根建,周岚. 海南医学. 2015(17)
[7]3D打印技术在生物医学领域的应用[J]. 孙慕松,宫俊霞,宋文植. 世界复合医学. 2015(02)
[8]生物3D打印的产业化机遇[J]. 徐弢. 中国工业评论. 2015(05)
[9]3D打印喷头的热力学分析与结构优化设计[J]. 肖亮,马训鸣,要义勇,谢志宴. 机械制造. 2014(07)
[10]3D打印技术及应用趋势[J]. 李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民. 自动化仪表. 2014(01)
博士论文
[1]可注射生物活性海藻酸钠/硅酸盐生物陶瓷复合水凝胶的制备及性能研究[D]. 韩彦.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]海藻酸盐基水凝胶的制备及其性能研究[D]. 秦承玲.东华大学 2017
[2]3D打印过程的计算机仿真研究[D]. 张龙.兰州理工大学 2014
[3]主动控制湍流模拟风洞系统设计[D]. 刘子娟.上海交通大学 2013
[4]超临界流体微孔注射成型中均相溶液黏度模型的研究[D]. 郭星.郑州大学 2010
[5]组织工程用海藻酸钠及其水凝胶的制备与性能研究[D]. 齐欲莎.暨南大学 2008
本文编号：3236873
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