基于智能水凝胶材料构建高度仿生大脑模型的应用研究

发布时间：2021-08-16 00:50

　　目的为构建高仿生颅脑损伤科研和训练平台,探索智能水凝胶制备高仿生大脑组织及解剖结构的可行性。方法制备基于聚丙烯酸和铁离子的自修复水凝胶体系,通过调节交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）、铁离子浓度以及含水量,调控材料的,模量、断裂应力等力学性质。利用材料自愈合性质,通过注塑、模具切除、愈合拼接的方式,得到内部具有复杂脑室三维结构的仿生大脑样件。结果聚丙烯酰胺基（PAM）水凝胶的含水量可达84.4%,对于可见光范围内的入射光,PAM水凝胶的透光率可达90%以上。通过调整MBAA相对AM单体的摩尔百分比可使PAM水凝胶的最大伸长率均达到了1 200%以上,模量处于4～5 kPa的区间内。聚丙烯酸基（PAAc）水凝胶的含水量为85.0%,对于可见光范围内的入射光,PAM水凝胶的透光率可达70%以上。通过调节铁离子及MBAA相对AAc单体的摩尔百分比可使PAAc弹性模量可达12kPa以下,断裂应力50kPa以下。以上表明各项指标参数与人脑组织参数接近。脑室结构可见,可通过注射空气方式模拟脑疝模型。结论智能水凝胶材料可对人脑组织高度仿生,且有利于人脑解剖结构的整体成型制备。 

【文章来源】：空军医学杂志. 2020,36(01)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

PAM水凝胶对250～800 nm波长范围内的入射光的透光率曲线

结果显示，MBAA相对AM单体的摩尔百分比在0.04 mol%～0.13 mol%范围内的所有PAM水凝胶的最大伸长率均达到了1 200%以上（图2A）。MBAA相对AM单体的摩尔百分比在0.04%～0.13%区间内的所有PAM水凝胶的模量均处于4～5 kPa的区间内，这与真实脑组织的模量比较接近（图2B）。随着化学交联剂含量的提高，PAM水凝胶的交联度提高，因此可通过调节交联剂，进一步调控材料模量。利用该材料，通过模具注塑的方法，可以得到与人脑组织外形相似的凝胶材料，可以看出，制得的人脑形PAM水凝胶的外表面轮廓完整，有着类似真实大脑的沟回，外形相似度较高（图3）。通过染色，可以增强材料的辨识度。借助于该材料，可以实现对人脑组织训练模型制造的一个可行方案。

本研究利用聚丙烯酰胺凝胶材料，制备了含水量与模量和人脑组织材料接近的PAM凝胶材料。该材料还具有很高的透明度，可用于仿人脑组织模型的制作。2.2 聚丙烯酸基仿生脑组织材料及脑室模型实现

【参考文献】：
期刊论文
[1]医学训练模型材料的比较与应用[J]. 金桂兰,曾莉,李长吉,朱燕.  中国组织工程研究与临床康复. 2009(42)



本文编号：3345245