双网络水凝胶支架的三维打印制备工艺及性能研究
本文关键词：双网络水凝胶支架的三维打印制备工艺及性能研究
更多相关文章： 海藻酸钠 丙烯酰胺 高分子流变学 三维打印 双网络水凝胶支架
【摘要】：人体关节的力学性能特殊,其压缩模量遵循梯度变化,由软骨浅表层的0.079 MPa递增至软骨下骨的5.7 GPa。传统的软骨修复支架制备方法,如粒子浸出法、相分离法等,无法得到外形和内部结构精确可控,且孔隙尺寸均匀的三维支架,力学性能无法与天然软骨匹配,再生能力欠佳。因此,内外部结构精确可控、力学性能适宜、细胞活性优异的支架材料是软骨修复材料研究的热点方向之一。针对上述问题,本文以海藻酸钠(SA)和丙烯酰胺(AM)为单体,调节各配方比例制备三维打印性良好的浆料,运用流变学理论分析浆料粘弹性行为,并将其与三维打印工艺参数和支架设计相结合,研究影响浆料可打印性和支架稳定性的因素,优化打印工艺,成功制备了内外部结构可控的双网络水凝胶支架。具体研究成果如下:第一,通过优化加料顺序和原料配比制备了块状的SA/AM双网络水凝胶,其溶胀平衡度和凝胶分数分别可达14倍和93%,且压缩和拉伸模量分别达0.19 MPa和0.1MPa,断裂伸长率超过14倍。第二,运用流变学理论,结合打印试验,验证和解释了钙离子含量为影响浆料粘度和可打印性的关键因素。在此基础上进一步探索发现CaCl2与SA的质量比在0.05至0.07范围内时,所配置的浆料适合三维打印;同时,为了得到侧面孔支架,在体系中加入一定量的粒径大小在10μm以内的羟基磷灰石(HA)颗粒,以提升浆料粘度,从而提升打印线条的支撑力,并研究了HA的加入量对浆料粘度和三维打印性的影响,确定了HA与SA的质量比在0.7至1范围内为较优配比。第三,制备了具有通孔结构、力学性能优异的双网络水凝胶支架,其孔隙率可达61%,孔径在350-550μm范围内可控;冻干后支架力学性能优异,压缩弹性模量可达2.24 MPa,抗压强度可达434 KPa,已达到关节软骨的压缩模量范围,且压缩模量和抗压强度与支架孔径尺寸成反比关系。第四,初步探索了AM/SA双网络水凝胶三维支架孔径大小对细胞增殖的影响,结果表明:第一,细胞能在3天和5天时间内增殖到OD值0.7及1.3以上,增殖效果好;第二,550μm尺寸的支架增殖效果最好。
【关键词】：海藻酸钠 丙烯酰胺 高分子流变学 三维打印 双网络水凝胶支架
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;R687
【目录】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-12
- 第一章 绪论12-26
- 1.1 引言12
- 1.2 软骨修复工程支架12-14
- 1.2.1 软骨修复用支架材料12-13
- 1.2.2 软骨修复用支架类型13
- 1.2.3 软骨修复用支架目前存在的问题13-14
- 1.3 双网络水凝胶（DNG）14-17
- 1.3.1 天然DNG和纳米复合DNG研究进展14-16
- 1.3.1.1 天然DNG研究14-15
- 1.3.1.2 纳米复合DNG研究15-16
- 1.3.2 双网络形成机理和条件16-17
- 1.4 三维成型技术17-20
- 1.4.1 三维成型技术介绍17
- 1.4.2 三维生物打印材料17-19
- 1.4.3 三维生物打印应用和趋势19-20
- 1.5 三维打印水凝胶支架20-24
- 1.5.1 三维打印水凝胶支架的关键因素20-23
- 1.5.1.1 流变学21-23
- 1.5.1.2 交联机理23
- 1.5.2 三维打印水凝胶支架所面临的问题23-24
- 1.6 研究目标与内容24-25
- 1.7 论文创新性25-26
- 第二章 块状双网络水凝胶的制备26-40
- 2.1 引言26-28
- 2.1.1 原料介绍26-28
- 2.1.2 PAM/SA双网络水凝胶结构28
- 2.2 实验28-31
- 2.2.1 实验材料和仪器28-30
- 2.2.2 块状双网络水凝胶的制备原理30
- 2.2.3 测试与表征30-31
- 2.3 结果与分析31-39
- 2.3.1 原料的加料顺序对双网络水凝胶制备的影响31-35
- 2.3.2 双网络水凝胶（DNG）红外光谱分析和断面形貌35-36
- 2.3.3 水凝胶溶胀度和凝胶分数分析36-37
- 2.3.4 力学性能分析37-39
- 2.4 本章小结39-40
- 第三章 三维打印浆料的配制及其流变学研究40-55
- 3.1 引言40
- 3.2 试验40-42
- 3.2.1 实验材料和仪器40
- 3.2.2 打印浆料配置方法40-41
- 3.2.3 测试与表征41-42
- 3.2.3.1 浆料流变性表征41
- 3.2.3.2 羟基磷灰石（HA）的表征41-42
- 3.3 结果与分析42-54
- 3.3.1 浆料可打印性分析42-48
- 3.3.1.1 影响浆料流变性的关键因素42-45
- 3.3.1.2 钙离子含量对浆料流变性能的影响45-48
- 3.3.2 羟基磷灰石对浆料流变性的影响48-54
- 3.4 本章小结54-55
- 第四章 三维打印制备双网络水凝胶支架55-61
- 4.1 引言55
- 4.2 实验55-58
- 4.2.1 实验材料和设备55
- 4.2.2 实验方法55-58
- 4.2.2.1 打印浆料配置56-57
- 4.2.2.2 三维打印制备水凝胶支架流程57-58
- 4.2.3 测试与表征58
- 4.3 结果与讨论58-60
- 4.3.1 不同孔径的双网络水凝胶支架制备58-60
- 4.3.2 不同外部结构的支架的制备60
- 4.4 本章小结60-61
- 第五章 双网络水凝胶支架的性能表征61-72
- 5.1 引言61
- 5.2 实验61-63
- 5.2.1 实验材料和设备61-62
- 5.2.2 实验方法62
- 5.2.3 测试与表征62-63
- 5.3 结果与讨论63-70
- 5.3.1 支架形貌分析63-64
- 5.3.2 支架组分分析64-65
- 5.3.3 孔径大小对支架性能的影响65-69
- 5.3.4 孔径大小对三维支架细胞增殖能力的影响69-70
- 5.4 本章小结70-72
- 结论72-74
- 参考文献74-80
- 攻读硕士学位期间取得的研究成果80-81
- 致谢81-82
- 附件82
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙红;真皮支架材料的研究进展[J];中国美容医学;2004年01期
2 崔福斋,孟波,张金山;介入治疗中支架材料的研究进展[J];中国介入影像与治疗学;2004年01期
3 吴燕,成国祥;可注射可吸收凝胶支架材料的研究进展[J];生物医学工程学杂志;2005年01期
4 丁敏;;厦大研制出可将组织器官“种”在体外的医用支架材料[J];功能材料信息;2006年04期
5 陈思;董念国;史嘉玮;;组织工程心脏瓣膜支架材料进展[J];心血管病学进展;2008年06期
6 王雪力;侯理;谭竞;汤克勤;夏和生;刘霆;;生物相容性聚氨酯支架材料的研究[J];高分子材料科学与工程;2008年02期
7 邹明晖;董念国;;组织工程心脏瓣膜支架材料的研究与进展[J];中国组织工程研究与临床康复;2010年29期
8 哈里木·克里木;王磊;齐海;;组织工程心脏瓣膜支架材料的选择与应用[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年34期
9 郭各朴;马青玉;王f ;赵波;章东;;聚乳酸微孔支架材料热分解动力学特性[J];科学通报;2011年34期
10 张东宪;孙鹏霄;黄兆松;卢旭;韩一生;;用于人工韧带的聚对苯二甲酸乙二醇酯支架材料的编织和力学性能分析[J];现代生物医学进展;2012年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张亚;王晓东;;细胞复合型丝素支架材料修复兔桡骨骨缺损[A];苏州市自然科学优秀学术论文汇编(2008-2009)[C];2010年
2 杨光辉;王英杰;张世昌;刘涛;;聚氨酯支架材料内肝细胞培养的初步研究[A];第一届全国疑难重型肝病大会、第四届全国人工肝及血液净化学术年会论文集[C];2008年
3 赵斌;马信龙;孙晓雷;李秀兰;马剑雄;徐康;张杨;郭跃;;低渗联合冻干改良制备脱细胞神经支架材料的研究[A];第十九届全国中西医结合骨伤科学术研讨会论文汇编[C];2012年
4 儕y，
本文编号：980163
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/swyx/980163.html
