不同浓度聚乙烯醇与羊椎骨粉结合的复合骨支架性能分析
发布时间：2021-10-08 06:36
人工骨支架材料的研究一直是组织工程的主要内容,将经过高温煅烧及研磨过的羊椎骨粉和无毒,易降解的聚乙烯醇（PVA）作为成型材料,应用三维打印技术,选择综合质量较好的十字网格填充路径,通过自行开发的三维打印成型设备打印出不同材料浓度下的人工骨支架,并将其低温冷冻干燥。对其孔径、孔密度,力学性能及生物相容性等重要参数进行测定,分析与对比,挑选出最佳的材料浓度,并将最佳浓度下打印的支架用于骨髓干细胞复合培养和兔子体内植入实验,验证该支架材料代替骨的可行性,为生物骨组织工程材料的研究提供一定的依据。
【文章来源】：机械设计与研究. 2015,31(04)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验装置1．2实验方法
鸩阃瓿山孛媛掷?某粱??敝琳??制件成型［5］。实验中X－Y方向扫描速度为5mm/s，恒定挤出压力为0．8MPa，挤出喷头孔径为0．26mm，截面层厚度ΔH=0．33mm，挤出丝的速度由精密挤出装置控制。骨支架的微观结构分析使用电子显微镜(MJ21)，抗压强度测量采用全数字化电子生物力学试验仪(ＲGM－3005T)，压力进给速率设置为0．5mm/min．得到了骨支架在沿Z轴方向上连续承受压力加载的应力—应变曲线图。2参数测定与分析2．1不同浓度PVA骨支架宏观表征通过四种不同浓度制备的骨支架模型在低温(－24°C)冷冻干燥48h后如图2所示［6］，从左至右依次为浓度9%、12%、15%、18%。可以看出，每个支架都有空隙结构，浓度为15%聚乙烯醇成型的支架质量最好，孔隙明显，网状结构清晰。浓度为9%聚乙烯醇成型的支架明显出现空隙融合现象，网状结构不清晰。浓度为12%聚乙烯醇成型的支架相比9%的支架质量有所改善，空隙融合减少，依旧清晰度欠佳。浓度为18%聚乙烯醇成型的支架网状结构清晰但仔细观察可看到表层丝材有些许不连续部分。▲图2四种浓度下骨支架模型的外观形貌2．2不同浓度PVA骨支架的微观孔结构组织工程骨支架能否发挥其最优成骨能效的关键是微观孔大小，微观孔结构主要指孔径大孝孔隙率、连通程度等［7］，一般认为孔径在0．3mm－0．6mm时［8］具有最优的成骨效能。本次成型出的组织工程骨支架如图3，4，5左侧是骨支架的低倍显微结构图像，可以看出除9%PVA浓度PVA骨支架外其余三个孔径都在合理范围内;浓度12%PVA骨支架孔径极不均匀(图4左);浓度18%PVA骨支架虽孔径合理但由于PVA浓度过高，丝材粘稠度加大出现了断丝现象(图6左);浓度15%PVA骨支架孔径质量最优，存在较好的一致性和高连通性，层与层之间具有良好搭接(图5左)
烯醇成型的支架明显出现空隙融合现象，网状结构不清晰。浓度为12%聚乙烯醇成型的支架相比9%的支架质量有所改善，空隙融合减少，依旧清晰度欠佳。浓度为18%聚乙烯醇成型的支架网状结构清晰但仔细观察可看到表层丝材有些许不连续部分。▲图2四种浓度下骨支架模型的外观形貌2．2不同浓度PVA骨支架的微观孔结构组织工程骨支架能否发挥其最优成骨能效的关键是微观孔大小，微观孔结构主要指孔径大孝孔隙率、连通程度等［7］，一般认为孔径在0．3mm－0．6mm时［8］具有最优的成骨效能。本次成型出的组织工程骨支架如图3，4，5左侧是骨支架的低倍显微结构图像，可以看出除9%PVA浓度PVA骨支架外其余三个孔径都在合理范围内;浓度12%PVA骨支架孔径极不均匀(图4左);浓度18%PVA骨支架虽孔径合理但由于PVA浓度过高，丝材粘稠度加大出现了断丝现象(图6左);浓度15%PVA骨支架孔径质量最优，存在较好的一致性和高连通性，层与层之间具有良好搭接(图5左)。每幅图右侧是骨支架的高倍率图像结构，可以发现其上有许多微米级小孔，这些微孔对细胞的粘附性和迁移性及生物因子的运输性有重要作用，通过观察发现浓度15%PVA骨支架微观小孔分布最为致密(图5右)，为生物流体提供通道［8，9］。▲图3浓度9%PVA支架孔径及微观结构▲图4浓度12%PVA支架孔径及微观结构▲图5浓度15%PVA支架孔径及微观结构▲图6浓度18%PVA支架往孔径及微观结构2．3不同浓度PVA骨支架的力学性能支架需要一定的力学强度为新生组织提供支撑，维护细胞生长的空间环境，并保持一定时间直至新生组织具有自身生物力学性能。由于支架可看做一般均质材料，对支架进行了纵向压缩实验。根据胡克定律，支架在Z轴方向受到的负荷F，应力σ，应变ε分别为:F=E×A×ΔLLσ=F
【参考文献】：
期刊论文
[1]填充路径对挤出沉积成型牙槽骨性能影响的实验分析[J]. 党立岩,周建平,王鑫,许燕. 机械设计与研究. 2014(05)
[2]超顺磁性氧化铁纳米粒子标记羊骨髓间充质干细胞的体外实验研究[J]. 米雪,王俭,何惠宇,胡杨,张嘉宇,韩祥祯,张德清,姜春晖. 口腔医学研究. 2014(07)
[3]基于3-D打印技术的韧带-骨复合支架制造与体内植入研究[J]. 张文友,贺健康,李翔,刘亚雄,边卫国,李涤尘,靳忠民. 中国修复重建外科杂志. 2014(03)
[4]3-D打印技术制备人工骨修复下颌角截骨整形术后骨缺损[J]. 沈聪聪,张艳,李青峰,朱明,侯亦康,曲淼,许祐荣,柴岗. 中国修复重建外科杂志. 2014(03)
[5]PVA水凝胶、海藻酸钠凝胶与羊椎骨支架粘合植入动物体内观察[J]. 马文渊,何惠宇,杨楠,刘勤,王媛. 口腔医学研究. 2013(06)
[6]聚乙烯醇颗粒的急性毒性实验[J]. 张波,李蓉芬,游箭,何建川,邵阳,张琳. 化学研究与应用. 2011(08)
[7]快速成型模板调制双相掺锶磷酸钙陶瓷骨支架的结构与性能[J]. 郭大刚,徐可为. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[8]碳化硅网眼多孔陶瓷的制备[J]. 朱新文,江东亮,谭寿洪. 无机材料学报. 2000(06)
博士论文
[1]特发性脊柱侧凸伴骨盆矢状位失衡有限元建模及三维矫形生物力学研究[D]. 林旻中.中南大学 2013
硕士论文
[1]两型医用凝胶与羊椎骨支架粘合力学测试及动物实验观察[D]. 马文渊.新疆医科大学 2013
本文编号：3423612
【文章来源】：机械设计与研究. 2015,31(04)北大核心CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
实验装置1．2实验方法
鸩阃瓿山孛媛掷?某粱??敝琳??制件成型［5］。实验中X－Y方向扫描速度为5mm/s，恒定挤出压力为0．8MPa，挤出喷头孔径为0．26mm，截面层厚度ΔH=0．33mm，挤出丝的速度由精密挤出装置控制。骨支架的微观结构分析使用电子显微镜(MJ21)，抗压强度测量采用全数字化电子生物力学试验仪(ＲGM－3005T)，压力进给速率设置为0．5mm/min．得到了骨支架在沿Z轴方向上连续承受压力加载的应力—应变曲线图。2参数测定与分析2．1不同浓度PVA骨支架宏观表征通过四种不同浓度制备的骨支架模型在低温(－24°C)冷冻干燥48h后如图2所示［6］，从左至右依次为浓度9%、12%、15%、18%。可以看出，每个支架都有空隙结构，浓度为15%聚乙烯醇成型的支架质量最好，孔隙明显，网状结构清晰。浓度为9%聚乙烯醇成型的支架明显出现空隙融合现象，网状结构不清晰。浓度为12%聚乙烯醇成型的支架相比9%的支架质量有所改善，空隙融合减少，依旧清晰度欠佳。浓度为18%聚乙烯醇成型的支架网状结构清晰但仔细观察可看到表层丝材有些许不连续部分。▲图2四种浓度下骨支架模型的外观形貌2．2不同浓度PVA骨支架的微观孔结构组织工程骨支架能否发挥其最优成骨能效的关键是微观孔大小，微观孔结构主要指孔径大孝孔隙率、连通程度等［7］，一般认为孔径在0．3mm－0．6mm时［8］具有最优的成骨效能。本次成型出的组织工程骨支架如图3，4，5左侧是骨支架的低倍显微结构图像，可以看出除9%PVA浓度PVA骨支架外其余三个孔径都在合理范围内;浓度12%PVA骨支架孔径极不均匀(图4左);浓度18%PVA骨支架虽孔径合理但由于PVA浓度过高，丝材粘稠度加大出现了断丝现象(图6左);浓度15%PVA骨支架孔径质量最优，存在较好的一致性和高连通性，层与层之间具有良好搭接(图5左)
烯醇成型的支架明显出现空隙融合现象，网状结构不清晰。浓度为12%聚乙烯醇成型的支架相比9%的支架质量有所改善，空隙融合减少，依旧清晰度欠佳。浓度为18%聚乙烯醇成型的支架网状结构清晰但仔细观察可看到表层丝材有些许不连续部分。▲图2四种浓度下骨支架模型的外观形貌2．2不同浓度PVA骨支架的微观孔结构组织工程骨支架能否发挥其最优成骨能效的关键是微观孔大小，微观孔结构主要指孔径大孝孔隙率、连通程度等［7］，一般认为孔径在0．3mm－0．6mm时［8］具有最优的成骨效能。本次成型出的组织工程骨支架如图3，4，5左侧是骨支架的低倍显微结构图像，可以看出除9%PVA浓度PVA骨支架外其余三个孔径都在合理范围内;浓度12%PVA骨支架孔径极不均匀(图4左);浓度18%PVA骨支架虽孔径合理但由于PVA浓度过高，丝材粘稠度加大出现了断丝现象(图6左);浓度15%PVA骨支架孔径质量最优，存在较好的一致性和高连通性，层与层之间具有良好搭接(图5左)。每幅图右侧是骨支架的高倍率图像结构，可以发现其上有许多微米级小孔，这些微孔对细胞的粘附性和迁移性及生物因子的运输性有重要作用，通过观察发现浓度15%PVA骨支架微观小孔分布最为致密(图5右)，为生物流体提供通道［8，9］。▲图3浓度9%PVA支架孔径及微观结构▲图4浓度12%PVA支架孔径及微观结构▲图5浓度15%PVA支架孔径及微观结构▲图6浓度18%PVA支架往孔径及微观结构2．3不同浓度PVA骨支架的力学性能支架需要一定的力学强度为新生组织提供支撑，维护细胞生长的空间环境，并保持一定时间直至新生组织具有自身生物力学性能。由于支架可看做一般均质材料，对支架进行了纵向压缩实验。根据胡克定律，支架在Z轴方向受到的负荷F，应力σ，应变ε分别为:F=E×A×ΔLLσ=F
【参考文献】：
期刊论文
[1]填充路径对挤出沉积成型牙槽骨性能影响的实验分析[J]. 党立岩,周建平,王鑫,许燕. 机械设计与研究. 2014(05)
[2]超顺磁性氧化铁纳米粒子标记羊骨髓间充质干细胞的体外实验研究[J]. 米雪,王俭,何惠宇,胡杨,张嘉宇,韩祥祯,张德清,姜春晖. 口腔医学研究. 2014(07)
[3]基于3-D打印技术的韧带-骨复合支架制造与体内植入研究[J]. 张文友,贺健康,李翔,刘亚雄,边卫国,李涤尘,靳忠民. 中国修复重建外科杂志. 2014(03)
[4]3-D打印技术制备人工骨修复下颌角截骨整形术后骨缺损[J]. 沈聪聪,张艳,李青峰,朱明,侯亦康,曲淼,许祐荣,柴岗. 中国修复重建外科杂志. 2014(03)
[5]PVA水凝胶、海藻酸钠凝胶与羊椎骨支架粘合植入动物体内观察[J]. 马文渊,何惠宇,杨楠,刘勤,王媛. 口腔医学研究. 2013(06)
[6]聚乙烯醇颗粒的急性毒性实验[J]. 张波,李蓉芬,游箭,何建川,邵阳,张琳. 化学研究与应用. 2011(08)
[7]快速成型模板调制双相掺锶磷酸钙陶瓷骨支架的结构与性能[J]. 郭大刚,徐可为. 稀有金属材料与工程. 2010(S1)
[8]碳化硅网眼多孔陶瓷的制备[J]. 朱新文,江东亮,谭寿洪. 无机材料学报. 2000(06)
博士论文
[1]特发性脊柱侧凸伴骨盆矢状位失衡有限元建模及三维矫形生物力学研究[D]. 林旻中.中南大学 2013
硕士论文
[1]两型医用凝胶与羊椎骨支架粘合力学测试及动物实验观察[D]. 马文渊.新疆医科大学 2013
本文编号：3423612
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