【摘要】：作為細胞粘附的載體,并能提供模擬體內(nèi)細胞外基質(zhì)的細胞生長環(huán)境,組織工程支架在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的作用。理想的組織工程支架需要同時具備良好的生物相容性和足夠的機械強度。制造出既能滿足細胞生長環(huán)境需要又能具有足夠機械強度的組織工程支架一直是一個兩難問題。目前常規(guī)思路是在支架上修飾另一材料來改善支架的生物相容性,然而涂層修飾時引入其它材料又使得該支架走向臨床存在很大難度。能否純依賴結(jié)構(gòu)的調(diào)整來實現(xiàn)支架機械強度與生物相容性的兼顧?由于細胞尺度大約在10微米,能否通過超細纖維(2-5μm)的引入來大幅改善常規(guī)支架的相容性?本論文結(jié)合熔融沉積成型技術(shù)和熔融近場直寫技術(shù),開發(fā)了宏微兩尺度增材制造平臺,使用同一個噴頭實現(xiàn)了兼具生物相容性和機械強度的多尺度組織工程支架,微尺度的支架(5-20μm)為細胞的粘附提供更好的界面,宏觀尺度支架(200-600μm)提供足夠的機械性能。論文具體的工作如下:1、搭建了宏微兩尺度支架增材制造平臺。通過氣壓和高壓電路的轉(zhuǎn)換控制,實現(xiàn)了在同一噴頭上集成熔融擠出工藝和熔融近場直寫工藝,采用生物可降解的聚己內(nèi)酯(Polycaprolactone,PCL)材料,打印了 200-600μm和 5-20μm兩種尺度結(jié)構(gòu)。2、系統(tǒng)研究了微尺度支架制造工藝。首先,探討了溫度、氣壓、速度對微尺度纖維絲徑的影響規(guī)律。其次,為了能夠模擬真實組織復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu),針對拖尾誤差導(dǎo)致的復(fù)雜結(jié)構(gòu)難以打印問題,提出了通過速度調(diào)控方法補償打印過程中的拖尾誤差,成功打印了具有多銳角拐角的復(fù)雜結(jié)構(gòu),例如蜘蛛網(wǎng)、花朵、蝸牛狀復(fù)雜圖案。3、系統(tǒng)研究了宏微兩尺度復(fù)合支架工藝。首先,針對熔融近場直寫和熔融沉積工藝特點,探討了不同工藝打印順序?qū)Υ蛴〗Y(jié)果的影響,以及不同速度和間距對微尺度纖維沉積形態(tài)的影響規(guī)律。其次,為了更真實地模擬體內(nèi)組織的特定微觀結(jié)構(gòu),通過可控調(diào)節(jié)打印路徑,成功打印出了微尺度纖維填充形狀和方向可控可調(diào)的兩尺度支架。4、研究了宏微兩尺度支架的生物兼容性。為了證明本文所制造的多尺度支架生物相容性,使用上述制造的多尺度組織工程支架,利用骨間充質(zhì)干細胞(BMSCs)進行了細胞體外培養(yǎng)實驗。通過細胞粘附、增殖、活性、形態(tài)等實驗,對支架上的細胞生長狀況進行評估。結(jié)果表明,由于微尺度纖維的存在,細胞很容易粘附支架,因而具有較高的增殖速率、細胞活性及良好的生長狀態(tài)。
【圖文】：

體內(nèi)自身運輸系統(tǒng)，直接將其植入受損部位，在體內(nèi)誘導(dǎo)成再生的組織或器官。逡逑細胞，信號（由生長因子化學(xué)提供或物理地通過生物反應(yīng)器提供）和支架的這種逡逑組合通常被稱為“組織工程三聯(lián)體”，如圖１．１所示。術(shù)語“組織工程構(gòu)建體”是逡逑指在植入前經(jīng)歷過廣泛體外培養(yǎng)的支架。術(shù)語“支架”是指在添加細胞（體內(nèi)或逡逑體外）之前的由生物材料制造的結(jié)構(gòu)［５］。逡逑醫(yī)療用途的組織工程支架已經(jīng)在醫(yī)院中大量使用。這些開創(chuàng)性的應(yīng)用包括皮逡逑膚，肝臟，胰腺，腸，尿路上皮，食道，神經(jīng)，瓣葉，軟骨，骨，韌帶和肌腱［６＿逡逑１７］。第一個商業(yè)應(yīng)用案例是在１９９０［１８］年推出用于燒傷治療的生物人工皮膚產(chǎn)品。逡逑已經(jīng)上市的其他應(yīng)用包括，軟骨修復(fù)，造血祖細胞分離和癌癥免疫調(diào)節(jié)治療［１８］。逡逑然而，目前為止，用于組織工程的支架都不太理想。不僅因為缺少足夠的機械強逡逑度［１９］，也因為它們在結(jié)構(gòu)上無法很好地模擬細胞體內(nèi)生長的外環(huán)境［２Ｑ］。逡逑１．１．２組織工程支架及其要求逡逑組織工程支架的基本作用是提供一個與體內(nèi)細胞外基質(zhì)相類似的細胞生長逡逑環(huán)境［２１］。由各種生物材料制成并使用多種制造技術(shù)制造的許多支架已經(jīng)在本領(lǐng)逡逑域中用于試圖再生體內(nèi)的不同組織和器官。無論組織類型如何，在設(shè)計或確定支逡逑架在組織工程種的適用性時，許多關(guān)鍵因素都很重要，主要包括以下幾點：逡逑１）

ｒ－逡逑圖１．３傳統(tǒng)靜電紡絲基本裝置示意圖［４２］逡逑圖１．３顯示了傳統(tǒng)靜電紡絲的基本裝置示意圖，使用相對簡單的技術(shù)，可以逡逑將超過５０種不同類型的有機聚合物被制成纖維，其直徑從幾十納米到幾徵米逡逑５Ｑ］。高慶［５１】等利用傳統(tǒng)靜電紡絲和ＦＤＭ技術(shù)制造了多尺度細胞支架，該細胞支逡逑架既具備了納米尺度的細胞生長環(huán)境，又具備了邋ＦＤＭ工藝幾百微米尺度的機械逡逑強度。制造流程如圖１．４所示。逡逑（ａ）邋（ｂ）邋（ｃ）邋（ｄ）逡逑模型切片邐一？邋３Ｄ打印ＰＬＡ支架一？靜電紡絲ＰＣＬ薄膜逡逑Ｖ邐Ｉ邋（ｄ２）逡逑曑p哄義仙鷠0凝肢和細胞逡逑固化整個結(jié)構(gòu)邐—邐層層組裝邐ｚ逡逑圖１．４跨尺度細胞支架制造工藝流程［５６］逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08

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本文編號：2681241