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超臨界流體技術(shù)制備三維多孔支架相平衡及傳質(zhì)動力研究

發(fā)布時間:2018-03-29 06:17

  本文選題:超臨界流體 切入點:組織工程 出處:《河北科技大學(xué)》2017年碩士論文


【摘要】:組織工程近年來一直是生命科學(xué)研究的前沿課題,由于人體器官移植供源的短缺,人造組織的培養(yǎng)有廣闊的應(yīng)用前景。研究者根據(jù)超臨界流體的特殊性質(zhì)提出的ScCO_2誘導(dǎo)相分離-循環(huán)干燥法,在制備三維多孔支架過程中運用此種方法收到了不錯的效果。隨著研究的進(jìn)展,人們發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果與支架制備過程中不同厚度層中澆鑄液內(nèi)部ScCO_2-有機溶劑-聚合物三元相行為及ScCO_2與多孔支架內(nèi)有機溶劑間的雙向傳質(zhì)行為相關(guān)。聚合物溶液發(fā)生相分離的路徑、相分離后形成的兩區(qū)域的大小及組成是影響多孔支架形成和孔徑及孔隙率大小的關(guān)鍵因素。本文通過選取模型和確定參數(shù),利用MATLAB軟件分別對ScCO_2和聚合物的三元體系相行為及ScCO_2和有機溶劑之間的雙向擴散傳質(zhì)動力學(xué)問題進(jìn)行了研究,Flory-Huggins理論是研究高分子溶液相平衡的基礎(chǔ)理論,依據(jù)此理論,對ScCO_2誘導(dǎo)相分離過程中相平衡熱力學(xué)行為進(jìn)行了研究,構(gòu)建了不同三元體系的相平衡模型。通過計算模型中不同工況下雙節(jié)線、旋節(jié)線和臨界點的數(shù)據(jù),繪制出不同的三元體系相圖。根據(jù)繪制出的不同三元相圖,對ScCO_2/AC/PMMA和ScCO_2/CH2Cl2/PLA兩種分相行為進(jìn)行了分析。在工況壓力增加的情況下,可導(dǎo)致雙節(jié)線遠(yuǎn)離聚合物/溶劑軸,ScCO_2進(jìn)入高聚物溶液中的量不斷增加,隨著溫度的升高,會導(dǎo)致雙節(jié)線向聚合物/溶劑軸靠近,ScCO_2進(jìn)入溶液中的量不斷變小,均相區(qū)的變化規(guī)律在ScCO_2/AC/PMMA和ScCO_2/CH2Cl2/PLA兩種三元體系中相近。根據(jù)Reuvers模型,構(gòu)建了適合ScCO_2誘導(dǎo)相分離過程的傳質(zhì)擴散動力學(xué)模型。針對ScCO_2/AC/PMMA三元體系,求取不同工況下的模型參數(shù),根據(jù)相平衡過程中得到的三元相圖,在相圖中繪制出了不同工況的傳質(zhì)路徑,結(jié)合實驗結(jié)果分析了不同工況對孔隙狀態(tài)的影響。三元體系中相互擴散系數(shù)是傳質(zhì)擴散過程的重要參數(shù)。隨著壓力的升高或溫度的減小,相互擴散系數(shù)會逐漸減小。傳質(zhì)路徑逐漸變短,三元體系達(dá)到分相的時間越短,導(dǎo)致多控支架的孔徑變小。在制備多孔支架過程中,相平衡熱力學(xué)和傳質(zhì)動力學(xué)兩方面因素共同影響了支架孔隙形態(tài)。
[Abstract]:Tissue engineering has been a leading subject in life science research in recent years. Due to the shortage of donor sources for human organ transplantation, The culture of artificial tissue has a broad application prospect. According to the special properties of supercritical fluid, researchers proposed ScCO_2 induced phase separation and cycle drying method. The application of this method in the preparation of three-dimensional porous scaffolds has achieved good results. It has been found that the experimental results are related to the ternary phase behavior of ScCO2-organic solvent-polymer and the bidirectional mass transfer behavior between ScCO_2 and organic solvents in porous scaffolds during the preparation of scaffolds. The path of biological separation, The size and composition of the two regions formed after phase separation are the key factors affecting the formation of porous scaffolds and pore size and porosity. The phase behavior of ternary system of ScCO_2 and polymer and the bidirectional diffusion mass transfer kinetics between ScCO_2 and organic solvent were studied by MATLAB software. Flory-Huggins theory is the basic theory for studying the phase equilibrium of polymer solution. The thermodynamic behavior of phase equilibrium in the process of phase separation induced by ScCO_2 was studied, and the phase equilibrium models of different ternary systems were constructed. The data of two-nodal line, spin nodal line and critical point in the model under different operating conditions were calculated. The phase diagrams of different ternary systems are drawn. According to the different ternary phase diagrams drawn, the phase separation behaviors of ScCO_2/AC/PMMA and ScCO_2/CH2Cl2/PLA are analyzed. The amount of SCCO2 entering polymer solution increases with the increase of temperature, and the amount of bimodal line moving closer to the polymer / solvent axis into SCCO2 solution becomes smaller. The variation of homogeneous phase region is similar to that of ScCO_2/AC/PMMA and ScCO_2/CH2Cl2/PLA ternary systems. According to the Reuvers model, a mass transfer and diffusion kinetic model suitable for the ScCO_2 induced phase separation process is constructed. For the ScCO_2/AC/PMMA ternary system, the model parameters under different operating conditions are obtained. According to the ternary phase diagram obtained in the process of phase equilibrium, the mass transfer paths under different working conditions are drawn in the phase diagram. In combination with the experimental results, the influence of different working conditions on the pore state is analyzed. The interdiffusion coefficient is an important parameter in the mass transfer diffusion process in the ternary system. With the increase of the pressure or the decrease of the temperature, The mass transfer path becomes shorter, and the shorter the phase separation time of the ternary system, the smaller the pore size of the multi-controlled scaffold. Both phase equilibrium thermodynamics and mass transfer kinetics affect the pore morphology of the scaffold.
【學(xué)位授予單位】:河北科技大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號】:O642.42;R318.08

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號:1679900

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