海藻酸钠—明胶复合凝胶支架打印过程研究及性能分析

发布时间：2021-10-18 15:28

　　生物3D打印作为3D打印在生物工程领域最为重要的应用,是一种将3D打印和组织工程完美结合的技术。基于凝胶材料进行的生物3D打印是把凝胶作为打印材料来制备3D实体:将凝胶和待打印的细胞混合形成生物材料,然后将此材料打印成实体,经过培养后含有细胞的支架可以生长为具备生物活性的组织结构,并预期应用于未来的器官移植。因此研究和改进凝胶支架打印工艺,提高打印支架的精度及其各项性能,将很好地推动3D打印在生物领域的发展。本文研究了复合材料的配制,使其适合打印,构建了基于复合凝胶打印过程数学模型和挤出过程有限元仿真模型,对影响打印过程参数进行了研究和分析,并得到相关的优化参数,最后通过试验验证了相关方法并对打印的支架进行了检测分析,结果表明:能得到较好质量的打印支架。主要研究工作如下:1.对打印材料的组成与配比进行了研究:分析了海藻酸钠和明胶的粘度特性,用实验法确定了适合bioplotter打印的粘度范围,探究了氯化钙对凝胶的影响,确定了最佳交联浓度和胶化温度;最后根据粘度、机械性能等情况确定复合凝胶的最优配比。2.构建了复合凝胶挤出打印数学模型及仿真模型,分析影响打印过程精度关键因素:为了研究针头... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景与意义
    1.3 生物3D打印的研究现状
        1.3.1 生物打印技术
        1.3.2 生物打印材料
        1.3.3 生物3D打印的应用
    1.4 软组织支架制造研究概况
        1.4.1 基于分配的制造过程建模
        1.4.2 软组织支架制造要求
    1.5 论文的主要内容
2 挤出凝胶材料配置
    2.1 材料准备
    2.2 适合bioplotter打印的材料粘度测定
    2.3 氯化钙对凝胶的影响
        2.3.1 氯化钙浓度对凝胶的影响
        2.3.2 交联温度对凝胶的影响
    2.4 明胶-海藻酸钠复合凝胶制备
        2.4.1 明胶特性分析
        2.4.2 明胶和海藻酸钠混合溶液粘度特性研究
        2.4.3 材料配比对凝胶性能的影响
    2.5 本章小结
3 锥形针挤出过程参数预测模型建立和仿真分析
    3.1 凝胶材料流体特性分析
        3.1.1 牛顿流体特性
        3.1.2 非牛顿流体特性
    3.2 锥形针流体参数预测模型的建立
        3.2.1 挤出流量预测模型建立
        3.2.2 挤出速度预测模型
    3.3 打印参数数学模型建立
        3.3.1 线宽数学模型建立
        3.3.2 支架孔隙率预测模型
    3.4 数学模型仿真分析
    3.5 凝胶锥形针挤出胀大的有限元模拟
    3.6 本章小结
4 基于bioplotter的凝胶支架打印工艺优化
    4.1 实验设备和打印前预处理
        4.1.1 Bioplotter简介
        4.1.2 打印前预处理
    4.2 温度对支架精度的影响
    4.3 气压对支架精度的影响
        4.3.1 气压对挤出流量的影响
        4.3.2 气压对纤维挤出胀大的影响
    4.4 针头移速对支架精度的影响
    4.5 纤维间隔对支架精度的影响
    4.6 打印优化方案
    4.7 本章小结
5 凝胶支架的性能测试与研究
    5.1 实验材料与设备
    5.2 支架机械性能表征
    5.3 支架热稳定性测试
    5.4 支架吸水性能和降解性能研究
    5.5 支架生物相容性性能验证
        5.5.1 生物相容性测试
        5.5.2 生物相容性分析
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]组织工程骨支架制备及实验工艺参数对成型质量影响研究[J]. 赵光元,许燕,周建平,张旭婧,徐国强.  机床与液压. 2018(07)
[2]大鼠脂肪源性干细胞与三维打印明胶支架的相容性[J]. 田晓红,张彬,房艳,柏树令,敖强,佟浩.  解剖学报. 2017(02)
[3]生物3D打印——打印生命的希望[J]. 徐铭恩.  杭州科技. 2013(05)
[4]3D打印技术:快速成型[J]. 沈仙法.  三江高教. 2013(02)
[5]流变学的研究及其应用[J]. 谢元彦,杨海林,阮建明.  粉末冶金材料科学与工程. 2010(01)
[6]海藻酸钠凝胶特性的研究[J]. 王秀娟,张坤生,任云霞,姚俊.  食品工业科技. 2008(02)
[7]热致相分离法制备聚合物微孔膜的研究进展[J]. 苏仪,李永国,陈翠仙,李继定.  膜科学与技术. 2007(05)
[8]静电纺丝技术及其研究进展[J]. 杨恩龙,王善元,李妮,赵丛涛.  产业用纺织品. 2007(08)
[9]明胶及其在生物材料中的应用[J]. 关林波,但卫华,曾睿,米贞健,林海,但年华,陈驰,曲健健,叶易春.  材料导报. 2006(S2)
[10]海藻酸钠在药剂应用中的研究进展[J]. 樊华,张其清.  中国药房. 2006(06)

博士论文
[1]流道网络的生物3D打印及其在跨尺度血管制造中的应用[D]. 高庆.浙江大学 2017

硕士论文
[1]生物3D打印制备SA/Ge凝胶支架探究淫羊藿苷对软骨细胞增殖、分泌的影响[D]. 路丰军.华侨大学 2017
[2]面向皮肤组织工程的生物三维打印统研制[D]. 张刚.浙江大学 2016
[3]幂律流体在多孔介质中流动与换热的数值研究[D]. 尹玉真.大连理工大学 2014
[4]非牛顿流体在环管中流动与换热特性的数值研究[D]. 马倩.南京理工大学 2007



本文编号：3443040