OCT技术用于三维打印水凝胶支架在线评价研究

发布时间：2017-08-02 19:22

  本文关键词：OCT技术用于三维打印水凝胶支架在线评价研究

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【摘要】：组织工程学结合工程学和生物科学的原理可以提供能修复、维持并改善自体组织功能的医用替代品。组织工程的一个关键要素是三维多孔支架，它作为细胞粘附和增殖的载体，可以促进新生组织的形成。近几年，结合水凝胶和快速成型技术优势开发组织功能支架已成为一种研究的热点。因为一方面水凝胶良好的生物相容性、可降解性和亲水性的特性使其已成为软组织再生良好材料，其应用于组织工程支架制备使得细胞封装成为可能，从而大大提高了制造结构的细胞接种效率。另一方面快速成型技术已成为制造用于细胞接种或细胞封装的生物支架良好工具，尤其是新兴的生物三维打印技术。基于生物三维打印技术可以很方便的按照预先确定的尺寸和孔隙率设计出完全连通的三维结构。尽管水凝胶和生物三维打印技术具备成型支架的种种优点，实际上水凝胶材料在机械性能上的缺陷使得制备与设计结构一样的支架非常困难，而支架的内部结构特征会直接影响细胞的迁移、增殖等行为从而最终影响待工程化组织或器官的功能。因此，对生物三维打印的水凝胶内部结构进行在体评价和定量表征十分必要的，但是水凝胶高含水的特性产生的光散射性，对打印好的三维水凝胶支架内部的观测和评价非常困难。 本课题基于上述背景，利用生物三维打印技术制备了几种代表性三维结构水凝胶支架，并利用实验室自制的扫频光学相干层析成像系统对制备的明胶/海藻酸钠衍生水凝胶支架进行了无菌在体评价，给出水凝胶支架内部结构的三维高分辨图像显示，，成像范围为5mm×5mm×5mm，成像分辨率为12um×12um×10um（X×Y×Z），采集一幅三维高分辨OCT图像的时间为5.25s。基于采集的高分辨三维OCT图像，通过体绘制三维重建、二维XY平面信息提取、滤波、图像增强、图像分割、图像形态学操作及三维标记等自动图像处理和分析算法定量分析了支架的孔径（PS）、孔隙率（VP）和孔连通性（PC），以及孔隙大小和支柱大小的分布情况。 研究结果表明，OCT技术可用于实时、无损伤、非侵入式地监测组织工程支架，结合后续的图像处理及分析可对制备的支架进行定性和定量评价。三维图像采集和分析有助于三维多孔支架设计的优化和细化，形态参数的定量分析帮助理解三维打印条件对支架参数的影响，反馈控制制造的3D支架的尺寸精确性。
【关键词】：组织工程支架 生物三维打印 水凝胶 光学相干层析成像 定量表征
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 组织工程支架制造技术10-17
• 1.1.1 传统的多孔支架制备技术10-13
• 1.1.2 快速成型技术13-17
• 1.1.2.1 激光成型技术13-15
• 1.1.2.2 连续挤出成型技术15-16
• 1.1.2.3 喷射成型技术16-17
• 1.2 组织工程支架的表征技术17-22
• 1.2.1 传统的表征技术17-18
• 1.2.2 基于成像的表征技术18-22
• 1.2.2.1 超声18-19
• 1.2.2.2 光声显微成像19
• 1.2.2.3 磁共振成像19-20
• 1.2.2.4 X 射线成像20
• 1.2.2.5 核医学成像20
• 1.2.2.6 光学成像20-22
• 1.3 研究的主要内容和意义22-23
• 1.3.1 主要研究内容22
• 1.3.2 课题的研究意义22-23
• 第2章 三维水凝胶支架的设计与制备23-30
• 2.1 多孔水凝胶支架的设计23-25
• 2.2 多孔水凝胶支架的制备25-30
• 2.2.1 三维打印技术25-27
• 2.2.2 实验方法与材料27-30
• 2.2.2.1 材料的选择27
• 2.2.2.2 实验方法27-30
• 第3章 三维打印水凝胶支架的 OCT 图像采集30-38
• 3.1 OCT 成像技术30-32
• 3.2 样品成像32-38
• 第4章 OCT 图像处理与支架结构的定量分析38-48
• 4.1 图像处理38-45
• 4.2 支架形态学参数的定量分析45-48
• 第5章 结果与讨论48-58
• 5.1 水凝胶支架的制备和 OCT 成像结果48-51
• 5.2 多孔支架的复杂内部流道网络51-52
• 5.3 孔径大小及其分布和支柱大小及其分布52-55
• 5.3.1 孔径大小及其分布52-54
• 5.3.2 支柱大小及其分布54-55
• 5.4 VP 和 PC 的量化55-58
• 第6章 结论与展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-65
• 附录65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张安兄,吕德龙,钟伟,程为庄,杜强国;天然生物材料构建组织工程支架的研究进展[J];北京生物医学工程;2005年05期

2 何进;郭云珠;曹慧玲;叶雅静;尹大川;;组织工程支架研究进展[J];材料导报;2012年03期

3 G A Silval;O P Coutinho;P Ducheyne;R L Reis;赵波;廖晓玲;曾晓辉;熊飞;贾碧;;颗粒材料在骨组织工程中的应用[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2008年06期

4 刘袖洞;于炜婷;王为;雄鹰;马小军;袁权;;海藻酸钠和壳聚糖聚电解质微胶囊及其生物医学应用[J];化学进展;2008年01期

5 朱利松,叶春生,黄树槐;FDM快速成形系统的控制系统研究[J];机床与液压;2005年01期

6 杨占尧,徐起贺,王学让;基于快速成型的金属树脂模具快速制造技术[J];农业机械学报;2003年02期

本文编号：610842