骨骼生物支架的3D打印和纤维缠绕成型及性能分析

发布时间：2017-06-22 13:00

  本文关键词：骨骼生物支架的3D打印和纤维缠绕成型及性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：修复骨缺损一直是临床研究的热点和难点,目前骨组织工程是骨缺损修复的一项重要方法,其中作为人工细胞外基质的生物支架是骨组织工程的核心。但当前骨支架还存在生物相容性差、支架结构的制备效率低和支架力学性能差等缺点,制约了生物支架的医学应用。本课题旨在通过对3D打印和纤维缠绕两种骨组织生物支架成型方法的研究,探索生物支架材料、孔隙率、结构等与力学性能之间的内在关联,为骨骼生物支架的成型和应用奠定基础。针对骨骼生物支架孔隙高度互联的需求,本文提出了一种孔隙互联生物支架的建模方法。在分析不同孔隙连通方式的力学性能及成型工艺性的基础上,利用SolidWorks建立了内部有三个方向相互连通孔隙的生物支架模型。为提高模型的抗压性能,在ANASYS中采用面响应法对支架模型的轴向、径向和环向孔直径进行了优化,得到三种孔隙率下力学性能最佳且符合细胞培养要求的骨组织生物支架模型。比较分析了不同生物医用材料的优缺点,确定了本课题研究所需的三种生物材料:羟基磷灰石、聚乳酸和聚己内酯,并通过资料调研与实验相结合的方式确定了三种材料的配比。针对3D打印和纤维缠绕两种工艺成型方法,分别设计了3D打印正交实验和纤维缠绕正交实验,获得了生物支架制品,分析了影响成型效率的主要因素,给出了提高支架成型效率各因素水平值的推荐组合。并从成型效率、成本、可实现的结构类型等多角度对两种成型方法进行了综合对比。对成型支架的表面形貌、孔径大小、成分组成、孔隙率、密度和力学性能等分别进行了测试,通过扫描电镜试验表征了支架表面形貌以及大孔和微孔的平均尺寸,发现3D打印成型支架的孔隙连通性优于纤维缠绕成型支架;通过X-射线衍射试验的物相分析表征了支架的成分组成,验证了本文所用的支架材料的生物相容性;通过排沙法测定了支架的孔隙率和密度,发现3D打印的骨骼支架的平均密度约为纤维缠绕成型的支架的2倍;通过单轴拉伸试验和单轴压缩试验测定了支架的力学性能,发现3D打印成型的支架压缩性能优于纤维缠绕成型的支架。实验证明了本文所提出的支架成型工艺与方法的可行性。
【关键词】：骨骼支架 3D打印 纤维缠绕 复合材料
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08;TP391.73;R687
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题的来源与背景9-11
• 1.1.1 课题的来源9
• 1.1.2 课题研究的意义9-11
• 1.2 国内外在该方向的研究现状11-17
• 1.2.1 国外研究现状11-14
• 1.2.2 国内研究现状14-17
• 1.2.3 国内外文献综述的简析17
• 1.3 本课题的主要研究内容17-19
• 第2章 骨骼生物支架建模与仿真分析19-33
• 2.1 硬骨组织结构的研究19-20
• 2.2 骨骼生物支架建模与仿真分析20-25
• 2.3 骨骼生物支架结构参数的优化25-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第3章 骨骼生物支架的制备33-54
• 3.1 骨骼生物支架成型材料的制备33-38
• 3.1.1 骨骼生物支架成型材料的选择33-35
• 3.1.2 骨骼生物支架成型材料的制备35-38
• 3.2 3D打印成型骨骼生物支架38-43
• 3.2.1 3D打印实验设计38
• 3.2.2 3D打印实验原料及仪器38-39
• 3.2.3 3D打印实验过程和实验结果39-43
• 3.3 纤维缠绕成型骨骼生物支架43-52
• 3.3.1 纤维缠绕实验设计43
• 3.3.2 纤维缠绕实验原料及仪器43-44
• 3.3.3 纤维缠绕实验过程及结果44-52
• 3.4 两种成型方法的对比分析52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 骨骼生物支架的表征和分析54-74
• 4.1 骨骼支架的扫描电镜表征54-58
• 4.1.1 测试仪器54
• 4.1.2 3D打印支架的SEM表征分析54-58
• 4.1.3 纤维缠绕支架的SEM表征分析58
• 4.2 骨骼支架的X-射线衍射表征58-61
• 4.2.1 测试仪器58
• 4.2.2 3D打印支架的XRD测试分析58-60
• 4.2.3 纤维缠绕支架的XRD测试分析60-61
• 4.3 骨骼支架的孔隙率和密度测定61-66
• 4.3.1 测试方法与仪器61-62
• 4.3.2 D打印支架的孔隙率和密度测定62-64
• 4.3.3 纤维缠绕支架的孔隙率和密度测定64-66
• 4.4 骨骼支架的力学性能测定66-73
• 4.4.1 实验方法与仪器66-67
• 4.4.2 3D打印支架的力学性能测定67-71
• 4.4.3 纤维缠绕支架的力学性能测定71-73
• 4.5 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 魏祥科;文益民;张涛;李含;;三种方法构建去细胞肌肉生物支架:组织学和生物力学比较[J];中国组织工程研究;2013年03期

2 伍权;张祥林;吴斌;黄早文;;基于挤出沉积成形技术的多孔生物支架制备[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年12期

3 魏祥科;文益民;李含;张涛;;骨髓间充质干细胞与去细胞肌肉生物支架体外相容性研究[J];中国矫形外科杂志;2012年20期

4 曹娜;裴路;张微;;脂肪干细胞和生物支架应用于牙槽骨修复[J];中国组织工程研究;2014年01期

5 ;美科学家发明可修复先天性心脏缺损的“生物支架”[J];生物学教学;2013年05期

6 胡鹏蕴;程远;汪艳;李志国;潘明新;;去细胞化全肝生物支架循环灌注培养条件下体外细胞再植[J];中国组织工程研究;2012年18期

7 李育臣;臧立会;张素琴;;干细胞脑内移植生物支架探讨[J];脑与神经疾病杂志;2008年04期

8 孙江维;王东;孙海钰;;人成骨细胞与复合型多孔生物支架降解产物的相容性[J];中国组织工程研究;2013年51期

9 张涛;文益民;李含;魏祥科;;去细胞肌肉生物支架与人脐带间充质干细胞的相容性[J];中国组织工程研究;2013年25期

10 马爱洁,杨青芳,梁威,祖恩峰,薛丹;生物可降解多孔支架的研究进展[J];材料科学与工程学报;2005年05期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 赵丽娜;余雅玲;梅劲;唐茂林;;系统性全身灌注制备多器官去细胞生物支架[A];中国解剖学会2013年年会论文文摘汇编[C];2013年

2 张建色;王辉;邵培刚;林贤丰;彭蒙蒙;薛向阳;梅劲;;去细胞全肾生物支架的制备与鉴定[A];中国解剖学会2012年年会论文文摘汇编[C];2012年

3 潘明新;程远;汪艳;何国林;高毅;;去细胞化全肝脏生物支架的制备及初步研究[A];第6届全国疑难及重症肝病大会论文集[C];2011年

4 龙莉;吴春根;潘銮凤;;心脏瓣膜生物支架制作与细胞种植[A];第九次全国生物物理大会学术会议论文摘要集[C];2002年

中国重要报纸全文数据库 前5条

1 记者 李禾;生物支架技术让肾脏有望再生[N];科技日报;2014年

2 张巍巍;“生物支架”可修复先天性心脏缺损[N];科技日报;2012年

3 王硕军;新型生物支架可使动脉保持畅通[N];中国医药报;2001年

4 刘霞;RNA分子能自我组装成生物支架[N];科技日报;2010年

5 朱旭东 程守勤;人工生物支架＋植皮整形技术可再造新耳[N];医药经济报;2004年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 崔志香;高分子三维多孔生物支架的成型及结构性能研究[D];郑州大学;2012年

2 张晓科;碳纳米管作为生物支架和胞内给药载体材料的研究[D];上海交通大学;2009年

3 王琳;组织工程人工肌肉生物学特性的改善及PLG生物支架作为骨骼肌细胞载体的应用研究[D];华中科技大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 吴大帅;大鼠去细胞化肝脏生物支架的制备及成分分析[D];郑州大学;2015年

2 马捷;丝素蛋白及羧甲基壳聚糖共混生物支架的制备及体外细胞实验研究[D];苏州大学;2016年

3 张瑞雪;骨骼生物支架的3D打印和纤维缠绕成型及性能分析[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 皇甫强;生物支架用金属细径薄壁管材研究[D];西安建筑科技大学;2012年

5 胡鹏蕴;全肝生物支架体外循环灌注培养下细胞再植及免疫原性分析的实验研究[D];南方医科大学;2012年

6 郑翔;天然生物支架：一种用于腹壁重建的新型材料[D];浙江大学;2011年

7 陈静静;人咽缩肌细胞体外培养及下咽生物支架的构建[D];宁波大学;2013年

8 王宏宇;人脐带MSCs与脊髓生物支架相容性的体外研究[D];河北医科大学;2007年

9 高佳丽;基于纳米纤维素的IMC复合纤维与BSA生物支架制备及性能[D];东北林业大学;2014年

  本文关键词：骨骼生物支架的3D打印和纤维缠绕成型及性能分析，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：471836