骨組織工程再生復(fù)合支架三維打印成型系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
發(fā)布時間：2020-12-11 13:26
由創(chuàng)傷、腫瘤、感染和先天性畸形等原因造成的骨缺損在臨床上十分常見,如果不及時治療,將嚴重影響患者的身體機能以及生活質(zhì)量。由于體內(nèi)生物環(huán)境極其復(fù)雜,傳統(tǒng)的骨缺損修復(fù)方法難以獲得滿意的修復(fù)效果,利用骨組織工程技術(shù)修復(fù)骨缺損成為當前國內(nèi)外研究的熱點。在骨組織工程的研究中發(fā)現(xiàn)組織工程支架血管化能夠提供細胞生長的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì),并起到促進機體代謝的作用,對修復(fù)骨組織缺損部位具有重要作用。生物3D(ThreeDimensional)打印技術(shù)是生物制造領(lǐng)域的核心技術(shù),在骨組織工程再生醫(yī)學領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。傳統(tǒng)的三維打印技術(shù)制備的骨組織工程支架已經(jīng)較好的實現(xiàn)了力學支撐以及細胞在培養(yǎng)過程中的空間排布。然而,由于工藝及裝備技術(shù)的局限,目前制備的骨組織工程支架往往缺少類血管網(wǎng)絡(luò)的通道結(jié)構(gòu),尚不能完全模仿人體內(nèi)部的細胞生長環(huán)境。骨組織工程再生復(fù)合支架三維打印成型工藝采用多種類型的打印噴頭協(xié)同工作,能一次成型具有材料與孔隙梯度分布的骨組織再生支架,在滿足力學支撐性能的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)再生骨組織的快速血管化,避免再生骨組織發(fā)生缺血性壞死,最終達到骨缺損的修復(fù)和功能重建。本課題以研究骨組織工程再生復(fù)合支架的三維...
【文章來源】：南京師范大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＦＤＭ備的骨入４周后山腿的Ｘ射線圖??
?表明由ＣＴ引導ＦＤＭ制備的骨組織工程支架與天然骨具有更緊密的力學性能，良??好的體外細胞生物相容性以及體內(nèi)新骨形成能力。如圖１．１所示。??ａ）直接固定?ｂ）植入ＰＣＬ／ＨＡ支架??圖１．１?ＦＤＭ制備的骨支架植入４周后山羊腿的Ｘ射線圖??Ｔａｒａｆｄｅｒ等［４１］應(yīng)用３ＤＰ工藝將摻雜有ＳｒＯ和ＭｇＯ的磷酸三鈣制作成支架并填??充在大鼠骨缺損部位，制備的支架具有良好的宏觀孔隙和內(nèi)在的微觀孔隙，實驗??結(jié)果顯示新骨形成明顯增加，加速了骨質(zhì)礦化并促進成骨早期愈合。Ｓｅｒｒａ等１４２］以??ＰＬＡ／ＰＥＧ／Ｃａ－Ｐ為原料，通過三維噴印技術(shù)制造出兩種不同堆積方式的骨組織工??程支架（分別為正交和錯列形貌），并與ＰＬＡ／ＰＥＧ制備的支架進行實驗對比。從圖??１．２可以看出，細胞實驗顯示Ｃａ－Ｐ粒子能夠提高骨骼間充質(zhì)干細胞的附著能力。??Ｚｈｏｕ等％對影響３ＤＰ支架成形性能的關(guān)鍵工藝參數(shù)進行了評估，包括打印過程中??粉末的填充、粘結(jié)劑滲透行為、支架結(jié)構(gòu)、顆粒大小、Ｃａ－Ｐ和ＣａＳ０４的比例等。??研宄發(fā)現(xiàn)，在打印過程中使用粒徑為３?０？１１?Ｏｕｍ的Ｃａ－Ｐ比粒徑為２０ｕｍ的Ｃａ－Ｐ成形??效果更好；隨著Ｃａ－Ｐ／ＣａＳＯ比例升高
天然骨是一種具有梯度結(jié)構(gòu)的納米級多孔復(fù)合材料，外層是起作用的密質(zhì)骨，逐漸向骨髓腔過渡的孔徑從幾百微米到幾毫米的松質(zhì)骨，天的這種梯度結(jié)構(gòu)使其保持良好的生物活性同時具有優(yōu)良的生物力學性能。密質(zhì)要分布在骨干及骨骺表層，松質(zhì)骨則分布在骨的內(nèi)層，骨小梁厚度范圍．１？０．４ｍｍ之間，由數(shù)層平行排列的骨板和骨細胞組成Ｉ＇密質(zhì)骨在縱向和的最大抗壓、抗拉強度并不相同，最大抗壓強度分別為１３３ＭＰａ和５１ＭＰａ，抗拉強度分別為］９３ＭＰａ和１３３ＭＰａ。而松質(zhì)骨的力學性能基本由骨密度和決定，其密度變化從０．５％到７０％不等，對應(yīng)的孔隙率變化范圍則為３?０％？９０％壓強度在０．８？１?ＩＭＰａ之間，彈性模量在１２？１４０ＭＰａ之間｜５７ｉ。??骨組織結(jié)構(gòu)中的血管不僅是氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)及代謝廢物運輸?shù)耐ǖ�，而且與骨修復(fù)調(diào)控的細胞、信號分子通過的重要路徑［５８］。當骨受傷時，血管化和生是骨愈合過程中兩個最基本的環(huán)節(jié)。骨缺損的良好修復(fù)必須依賴充分的血外構(gòu)建的組織工程化骨，植入體內(nèi)后同樣必須迅速建立充分的血供，為種子功能活動提供充足的養(yǎng)分，只有這樣才能保證組織工程化骨的成活及骨缺
【參考文獻】：
期刊論文
[1]論缺血性股骨頭壞死治療進展[J]. 李祥雨,姜勁挺,張倫廣,鄭吉元,馬理元. 遼寧中醫(yī)藥大學學報. 2018(01)
[2]基于薄層CT掃描大數(shù)據(jù)的骨結(jié)構(gòu)常規(guī)分析[J]. 朱敏,張國棟,黃文華,陳宣煌,陳旭,余正希,林海濱. 中國骨質(zhì)疏松雜志. 2016(10)
[3]三維打印技術(shù)在骨組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展[J]. 曾玉婷,洪雅真,王士斌. 國際生物醫(yī)學工程雜志. 2016 (03)
[4]殼聚糖載藥微球/大孔磷酸鈣骨水泥支架的力學性能研究[J]. 李益豐,張姝江,陳藝,白波. 中華關(guān)節(jié)外科雜志(電子版). 2016(02)
[5]可用于骨修復(fù)的3-D打印多孔支架研究進展[J]. 吳天琦,楊春喜. 中國修復(fù)重建外科雜志. 2016(04)
[6]同種異體軟骨細胞-聚羥基乙酸支架復(fù)合物修復(fù)甲狀軟骨缺損[J]. 喬占清,張俊,馬賽,馬振亞,司遠征,喬新明. 中國組織工程研究. 2016(12)
[7]3D打印骨組織工程支架的研究與應(yīng)用[J]. 曹雪飛,宋朋杰,喬永杰,甄平. 中國組織工程研究. 2015(25)
[8]骨支架材料性能的影響因素及其制備方法[J]. 張瑩瑩,宮赫. 生物醫(yī)學工程學雜志. 2015(02)
[9]組織工程骨修復(fù)骨缺損的穩(wěn)定性:材料降解與新骨形成[J]. 周驍,錢玉芬. 中國組織工程研究. 2015(12)
[10]大尺寸關(guān)節(jié)支架的3D打印及應(yīng)用[J]. 連芩,莊佩,邊衛(wèi)國,李滌塵,靳忠民. 中國科學:信息科學. 2015(02)
碩士論文
[1]羥基磷灰石骨生物支架的制備與評價[D]. 吳斌.華中科技大學 2013
本文編號：2910607
【文章來源】：南京師范大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：69 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＦＤＭ備的骨入４周后山腿的Ｘ射線圖??
?表明由ＣＴ引導ＦＤＭ制備的骨組織工程支架與天然骨具有更緊密的力學性能，良??好的體外細胞生物相容性以及體內(nèi)新骨形成能力。如圖１．１所示。??ａ）直接固定?ｂ）植入ＰＣＬ／ＨＡ支架??圖１．１?ＦＤＭ制備的骨支架植入４周后山羊腿的Ｘ射線圖??Ｔａｒａｆｄｅｒ等［４１］應(yīng)用３ＤＰ工藝將摻雜有ＳｒＯ和ＭｇＯ的磷酸三鈣制作成支架并填??充在大鼠骨缺損部位，制備的支架具有良好的宏觀孔隙和內(nèi)在的微觀孔隙，實驗??結(jié)果顯示新骨形成明顯增加，加速了骨質(zhì)礦化并促進成骨早期愈合。Ｓｅｒｒａ等１４２］以??ＰＬＡ／ＰＥＧ／Ｃａ－Ｐ為原料，通過三維噴印技術(shù)制造出兩種不同堆積方式的骨組織工??程支架（分別為正交和錯列形貌），并與ＰＬＡ／ＰＥＧ制備的支架進行實驗對比。從圖??１．２可以看出，細胞實驗顯示Ｃａ－Ｐ粒子能夠提高骨骼間充質(zhì)干細胞的附著能力。??Ｚｈｏｕ等％對影響３ＤＰ支架成形性能的關(guān)鍵工藝參數(shù)進行了評估，包括打印過程中??粉末的填充、粘結(jié)劑滲透行為、支架結(jié)構(gòu)、顆粒大小、Ｃａ－Ｐ和ＣａＳ０４的比例等。??研宄發(fā)現(xiàn)，在打印過程中使用粒徑為３?０？１１?Ｏｕｍ的Ｃａ－Ｐ比粒徑為２０ｕｍ的Ｃａ－Ｐ成形??效果更好；隨著Ｃａ－Ｐ／ＣａＳＯ比例升高
天然骨是一種具有梯度結(jié)構(gòu)的納米級多孔復(fù)合材料，外層是起作用的密質(zhì)骨，逐漸向骨髓腔過渡的孔徑從幾百微米到幾毫米的松質(zhì)骨，天的這種梯度結(jié)構(gòu)使其保持良好的生物活性同時具有優(yōu)良的生物力學性能。密質(zhì)要分布在骨干及骨骺表層，松質(zhì)骨則分布在骨的內(nèi)層，骨小梁厚度范圍．１？０．４ｍｍ之間，由數(shù)層平行排列的骨板和骨細胞組成Ｉ＇密質(zhì)骨在縱向和的最大抗壓、抗拉強度并不相同，最大抗壓強度分別為１３３ＭＰａ和５１ＭＰａ，抗拉強度分別為］９３ＭＰａ和１３３ＭＰａ。而松質(zhì)骨的力學性能基本由骨密度和決定，其密度變化從０．５％到７０％不等，對應(yīng)的孔隙率變化范圍則為３?０％？９０％壓強度在０．８？１?ＩＭＰａ之間，彈性模量在１２？１４０ＭＰａ之間｜５７ｉ。??骨組織結(jié)構(gòu)中的血管不僅是氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)及代謝廢物運輸?shù)耐ǖ�，而且與骨修復(fù)調(diào)控的細胞、信號分子通過的重要路徑［５８］。當骨受傷時，血管化和生是骨愈合過程中兩個最基本的環(huán)節(jié)。骨缺損的良好修復(fù)必須依賴充分的血外構(gòu)建的組織工程化骨，植入體內(nèi)后同樣必須迅速建立充分的血供，為種子功能活動提供充足的養(yǎng)分，只有這樣才能保證組織工程化骨的成活及骨缺
【參考文獻】：
期刊論文
[1]論缺血性股骨頭壞死治療進展[J]. 李祥雨,姜勁挺,張倫廣,鄭吉元,馬理元. 遼寧中醫(yī)藥大學學報. 2018(01)
[2]基于薄層CT掃描大數(shù)據(jù)的骨結(jié)構(gòu)常規(guī)分析[J]. 朱敏,張國棟,黃文華,陳宣煌,陳旭,余正希,林海濱. 中國骨質(zhì)疏松雜志. 2016(10)
[3]三維打印技術(shù)在骨組織工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展[J]. 曾玉婷,洪雅真,王士斌. 國際生物醫(yī)學工程雜志. 2016 (03)
[4]殼聚糖載藥微球/大孔磷酸鈣骨水泥支架的力學性能研究[J]. 李益豐,張姝江,陳藝,白波. 中華關(guān)節(jié)外科雜志(電子版). 2016(02)
[5]可用于骨修復(fù)的3-D打印多孔支架研究進展[J]. 吳天琦,楊春喜. 中國修復(fù)重建外科雜志. 2016(04)
[6]同種異體軟骨細胞-聚羥基乙酸支架復(fù)合物修復(fù)甲狀軟骨缺損[J]. 喬占清,張俊,馬賽,馬振亞,司遠征,喬新明. 中國組織工程研究. 2016(12)
[7]3D打印骨組織工程支架的研究與應(yīng)用[J]. 曹雪飛,宋朋杰,喬永杰,甄平. 中國組織工程研究. 2015(25)
[8]骨支架材料性能的影響因素及其制備方法[J]. 張瑩瑩,宮赫. 生物醫(yī)學工程學雜志. 2015(02)
[9]組織工程骨修復(fù)骨缺損的穩(wěn)定性:材料降解與新骨形成[J]. 周驍,錢玉芬. 中國組織工程研究. 2015(12)
[10]大尺寸關(guān)節(jié)支架的3D打印及應(yīng)用[J]. 連芩,莊佩,邊衛(wèi)國,李滌塵,靳忠民. 中國科學:信息科學. 2015(02)
碩士論文
[1]羥基磷灰石骨生物支架的制備與評價[D]. 吳斌.華中科技大學 2013
本文編號：2910607
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