發(fā)布時(shí)間：2021-06-18 15:01

　　生物3D打印是將混有活細(xì)胞的“生物墨水”進(jìn)行逐層打印形成三維結(jié)構(gòu)的技術(shù)。所打印出的結(jié)構(gòu)除了可以應(yīng)用于組織工程支架、三維支架細(xì)胞培養(yǎng)、藥物篩選等領(lǐng)域,也為人工組織和器官的制造提供了嶄新的方向。因此,生物3D打印是3D打印技術(shù)相關(guān)研究中最具前沿性和研究?jī)r(jià)值的領(lǐng)域之一。過(guò)去十余年里,生物3D打印技術(shù)在持續(xù)不斷地發(fā)展。但是,限于材料、工藝等因素,打印的分辨率和質(zhì)量仍不能達(dá)到令人滿意的程度,導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)功能性組織和器官打印的愿景依然渺茫。聚己內(nèi)酯-水凝膠復(fù)合支架是生物3D打印常用的打印方案。本文從該復(fù)合支架出發(fā),為提高打印分辨率和質(zhì)量開(kāi)展了一系列改進(jìn)工作。本文首先設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套基于模塊化設(shè)計(jì)理念的高精度多材料生物3D打印系統(tǒng),其機(jī)械結(jié)構(gòu)、硬件電路、控制軟件及切片軟件均根據(jù)多材料的生物3D打印要求進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)�；谠�3D打印系統(tǒng),本文采用仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)聚己內(nèi)酯（PCL）的熔融沉積成型（FDM）打印和海藻酸鹽（SA）水凝膠的電機(jī)助推微注射器（MAM）打印工藝進(jìn)行了一系列探索工作,最終成功實(shí)現(xiàn)了聚己內(nèi)酯-水凝膠復(fù)合支架的高精度3D打印。本文建立了FDM熱流模型并采用數(shù)值仿真法進(jìn)行模擬分析,發(fā)現(xiàn)... 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：136 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

利用了微滴噴射技術(shù)的3D打印機(jī)Fig.1-13Dprinterusingmicro-dropletjettingtechnology

1.1.2 生物 3D 打印與普通3D打印技術(shù)不同，生物3D打印的材料可以是混合有各種活細(xì)胞的“生物墨水”，通過(guò)精確控制打印速度和墨水流量，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的打印，逐層形成三維組織結(jié)構(gòu)，打印過(guò)程的實(shí)質(zhì)是讓細(xì)胞在生物材料支架上形成三維結(jié)構(gòu)[9]。除了打印組織工程支架，生物 3D 打印為功能性人體組織和器官的醫(yī)學(xué)研究和再生治療提供了一種非常有前途的方法，因此它是 3D 打印技術(shù)研究中最具前沿性和研究?jī)r(jià)值的領(lǐng)域之一[10]。根據(jù)美國(guó)健康與人類服務(wù)部的數(shù)據(jù)，截至 2017 年 6 月，美國(guó)約有 12 萬(wàn)名患者需要進(jìn)行器官移植手術(shù)，但可供移植的器官捐獻(xiàn)者僅有約 5200 名在這種情況下，生物 3D 打印技術(shù)是最有望彌補(bǔ)器官短缺的替代方法[11]。生物 3D 打印技術(shù)可應(yīng)用于組織工程支架、三維支架細(xì)胞培養(yǎng)、藥物篩選等領(lǐng)域，它以巨大的發(fā)展?jié)摿凸饷鞯膽?yīng)用前景吸引了全世界眾多科研工作者的注意力。例如在組織工程領(lǐng)域，隨著生物 3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，研究人員可以使用 3D 支架代替 2D 支架，大大改善支架力學(xué)性能的同時(shí)也可以用一個(gè)更立體的視角考察細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖、表達(dá)等行為[12]。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文術(shù)，使打印具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀的支架成為可能�？筛鶕�(jù)實(shí)際需要和生物體特性設(shè)置對(duì)應(yīng)的材料交聯(lián)度和孔隙率，實(shí)現(xiàn)支架機(jī)械性能和生物性能的控制，從而為細(xì)胞的粘附、生長(zhǎng)、增殖、分化提供有利環(huán)境[15]。如以干細(xì)胞為打印材料，使用 3D打印技術(shù)創(chuàng)建帶有自我維持功能的血管結(jié)構(gòu)的組織或器官，如人造骨、人造腎和人造肝[16-18]，這些植入物可用于組織缺損的修復(fù)以滿足患者的個(gè)性化需求[19]。生物 3D 打印的核心技術(shù)是細(xì)胞的 3D 打印技術(shù)[14]：3D 打印機(jī)接受根據(jù)三維模型切片計(jì)算產(chǎn)生的控制指令，在指定位置組裝活細(xì)胞載體或其他材料，從而制造出含活細(xì)胞的組織或器官。該過(guò)程中，細(xì)胞可以通過(guò)機(jī)械方法直接操作，也可包埋在細(xì)胞載體內(nèi)被間接打印[20]。另外，生物 3D 打印技術(shù)還可以制備出和天然組織類似的三維貫通微孔結(jié)構(gòu)，該三維體具有高度仿生的結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征。因此，生物 3D 打印技術(shù)賦予了組織工程支架極好的生物活性和組織修復(fù)能力[21]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[8]生物3D打印的產(chǎn)業(yè)化機(jī)遇[J]. 徐弢.  中國(guó)工業(yè)評(píng)論. 2015(05)
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博士論文
[1]可注射生物活性海藻酸鈉/硅酸鹽生物陶瓷復(fù)合水凝膠的制備及性能研究[D]. 韓彥.上海交通大學(xué) 2015

碩士論文
[1]海藻酸鹽基水凝膠的制備及其性能研究[D]. 秦承玲.東華大學(xué) 2017
[2]3D打印過(guò)程的計(jì)算機(jī)仿真研究[D]. 張龍.蘭州理工大學(xué) 2014
[3]主動(dòng)控制湍流模擬風(fēng)洞系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 劉子娟.上海交通大學(xué) 2013
[4]超臨界流體微孔注射成型中均相溶液黏度模型的研究[D]. 郭星.鄭州大學(xué) 2010
[5]組織工程用海藻酸鈉及其水凝膠的制備與性能研究[D]. 齊欲莎.暨南大學(xué) 2008



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