角膜位于眼球前端的最外層,通過折射作用能夠?qū)⑷肷涔饩奂揭暰W(wǎng)膜上,同時(shí)也能保護(hù)眼球免受外界病菌侵害。角膜本身是透明的,如果出現(xiàn)疾病很可能引發(fā)視力障礙。由于角膜內(nèi)無血管,通過移植手術(shù)可以很大概率地幫助患者恢復(fù)視力且不會引起免疫反應(yīng)。目前,可供移植的角膜數(shù)量遠(yuǎn)不能滿足患者需求,利用生物材料構(gòu)建組織工程化角膜是十分有效的解決方法。角膜基質(zhì)由平行的膠原纖維板層構(gòu)成,可在基質(zhì)層上培養(yǎng)特定細(xì)胞完成其他層的構(gòu)建。膠原是角膜基質(zhì)層的重要組成成分,其組裝成的膠原纖維具有良好的生物相容性和力學(xué)強(qiáng)度,是制備角膜供體的首選材料之一。擠出式生物3D打印設(shè)備可以打印高粘度膠原,并根據(jù)患者的實(shí)際需求定制角膜形狀。本文旨在利用擠出式3D打印設(shè)備打印透光性能較好的膠原基質(zhì),探索材料參數(shù)、打印工藝參數(shù)對透光度的影響規(guī)律和膠原基質(zhì)的生物相容性。首先,從牛跟腱中提取制備I型膠原材料,通過粘度冪律模型實(shí)現(xiàn)膠原剪切變稀行為的定量化描述。對影響膠原基質(zhì)透光性的相關(guān)物理現(xiàn)象進(jìn)行理論研究,主要包括:從光與物質(zhì)的吸收作用出發(fā)解釋膠原濃度對透光性的影響;從反射和折射作用出發(fā)得到能夠使膠原基質(zhì)透明的結(jié)構(gòu)要求;從散射作用出發(fā)解釋入射光波長對膠... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

人眼球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[3]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-2-1.2角膜的結(jié)構(gòu)與光學(xué)性能簡述1.2.1角膜結(jié)構(gòu)從宏觀角度看，包括角膜在內(nèi)的眼球外壁由規(guī)則排列的膠原纖維組織構(gòu)成，其優(yōu)越的力學(xué)性能可以幫助眼球保持整體形態(tài)，并保護(hù)眼球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不受外力和病菌侵害。角膜的邊界與白色不透明的鞏膜緊密相連，角膜與鞏膜之間的過渡區(qū)叫做角膜鞏緣[1]。角膜的形狀略向前凸，整體呈橫橢圓形，如圖1-1。具體結(jié)構(gòu)尺寸如下：（1）水平方向（鼻-顳方向）的直徑略比豎直方向（上-下方向）大，水平直徑約12.385mm，豎直直徑約12.377mm，具體數(shù)值可能因人而異；（2）角膜中央（直徑在6mm之內(nèi)的光學(xué)區(qū)）的厚度約530μm，邊緣（直徑大于6mm的非光學(xué)區(qū)）的厚度約710μm[2]；（3）前表面的曲率半徑為7.7mm，后表面的曲率半徑為6.8mm，對大多數(shù)人來說，角膜前表面的曲率半徑在水平方向和豎直方向也有差異[3]。角膜的表面曲率將直接影響其屈光性能。圖1-1人眼球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[3]從微米尺度看，角膜由5個(gè)平行層組成，由外向內(nèi)依次為上皮層(epithelium)、前彈力層(Bowman’smembrane)、基質(zhì)層(stroma)、后彈力層(Descemet’smembrane)及內(nèi)皮層(endothelium)[4,5]，如圖1-2所示。圖1-2角膜的組織結(jié)構(gòu)示意圖[6]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-a)掃描電鏡下的基質(zhì)板層b)透射電子顯微鏡下角膜橫截面圖1-3角膜內(nèi)板層板層的排列方式[3]后彈力層負(fù)責(zé)連接基質(zhì)層的后部與內(nèi)皮層，是由內(nèi)皮細(xì)胞分泌形成的基底膜，內(nèi)部不含細(xì)胞。后彈力層隨年齡增長而變厚，成年后約12μm[1]。后彈力層中的膠原纖維直徑比基質(zhì)層小，故而彈性更好。后彈力層對膠原酶有較強(qiáng)的抵抗作用[15,16]，對理化損傷也有很強(qiáng)的抵抗力。角膜內(nèi)皮層由單層緊密排列的細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞呈扁平的六角形，損傷后不可再生[17]，厚約5μm。內(nèi)皮層的主要功能是調(diào)節(jié)整個(gè)角膜的水合作用，是將基質(zhì)中的水分輸送到前房的重要介質(zhì)。內(nèi)皮層受損會出現(xiàn)腫脹和視力受損，只能靠周圍的內(nèi)皮細(xì)胞變形移動(dòng)進(jìn)行填補(bǔ)。從納米尺度看，板層結(jié)構(gòu)由直徑相同且較其它結(jié)締組織更細(xì)的膠原纖維組成。膠原纖維全部橫向排列并與板層的方向平行，這種排列方式使角膜組織具有很高的徑向強(qiáng)度。角膜中的膠原纖維排列高度有序，纖維直徑約31nm，隨年齡增加可增大到34nm[18]。纖維直徑在角膜深度方向上沒有變化且在角膜的大部分區(qū)域都保持恒定，但在距中心4mm處會急劇增大并向外遞增，在角膜緣處增大到近50nm。膠原纖維的間距沿遠(yuǎn)離角膜中心的方向會出現(xiàn)兩個(gè)階段的增長[3]。在距角膜中心4mm的帽狀區(qū)域內(nèi)，纖維間距保持恒定約57nm；在距角膜中心4.5~5mm的區(qū)域即中心與角膜緣區(qū)的交界處，纖維間距增大到62nm；在角膜緣區(qū)域內(nèi)，纖維間距的增大速度更快�；|(zhì)中的膠原纖維主要是Ⅰ型膠原和少量的V型膠原，膠原分子間通過共價(jià)交聯(lián)獲得穩(wěn)定，由于V型膠原的存在能夠限制混合膠原纖維的分子數(shù)量，使其直徑更校角膜基質(zhì)中膠原纖維的含水量比鞏膜和跟腱處更高，一個(gè)原纖維的橫截面上約有300~400個(gè)三螺旋分子[2]，如圖1-4所示，?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]膠原和殼聚糖復(fù)合材料在組織工程支架中的應(yīng)用[J]. 林紅賽,黃永富,岳衛(wèi)華,王春仁.  中國醫(yī)療器械信息. 2016(19)
[2]殼聚糖-膠原角膜修復(fù)材料的制備及生物相容性[J]. 杜倩.  中國組織工程研究. 2015(52)
[3]角膜修復(fù)用改性明膠交聯(lián)膜的生物相容性評價(jià)[J]. 龍玉宇,任力,王家鳴,陳敏,劉楊,劉炳乾,王迎軍,葛堅(jiān).  生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志. 2013(01)

博士論文
[1]膠原基角膜修復(fù)材料的結(jié)構(gòu)仿生構(gòu)建與功能化研究[D]. 劉楊.華南理工大學(xué) 2014

碩士論文
[1]脈沖激光誘導(dǎo)的分子定取向動(dòng)力學(xué)研究[D]. 劉勁松.山東師范大學(xué) 2019
[2]牛膠原蛋白三維載體支架的制備及其與人角膜基質(zhì)細(xì)胞的生物相容性研究[D]. 李亞男.中國海洋大學(xué) 2015
[3]膠原基角膜修復(fù)材料的制備與性能研究[D]. 龍凱.華南理工大學(xué) 2015
[4]膠原蛋白復(fù)合支架的制備及其與人角膜基質(zhì)細(xì)胞的生物相容性研究[D]. 隨蓓蓓.中國海洋大學(xué) 2013
[5]角膜修復(fù)材料的制備及生物相容性研究[D]. 龍玉宇.華南理工大學(xué) 2012
[6]血液光透明的Mie理論分析[D]. 薛振峰.北京交通大學(xué) 2008



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