人工骨支架材料的研究一直是組織工程的主要內(nèi)容,將經(jīng)過(guò)高溫煅燒及研磨過(guò)的羊椎骨粉和無(wú)毒,易降解的聚乙烯醇（PVA）作為成型材料,應(yīng)用三維打印技術(shù),選擇綜合質(zhì)量較好的十字網(wǎng)格填充路徑,通過(guò)自行開(kāi)發(fā)的三維打印成型設(shè)備打印出不同材料濃度下的人工骨支架,并將其低溫冷凍干燥。對(duì)其孔徑、孔密度,力學(xué)性能及生物相容性等重要參數(shù)進(jìn)行測(cè)定,分析與對(duì)比,挑選出最佳的材料濃度,并將最佳濃度下打印的支架用于骨髓干細(xì)胞復(fù)合培養(yǎng)和兔子體內(nèi)植入實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該支架材料代替骨的可行性,為生物骨組織工程材料的研究提供一定的依據(jù)。 

【文章來(lái)源】：機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2015,31(04)北大核心CSCD

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實(shí)驗(yàn)裝置1．2實(shí)驗(yàn)方法

鴆閫瓿山孛媛擲?某粱??敝琳??制件成型［5］。實(shí)驗(yàn)中X－Y方向掃描速度為5mm/s，恒定擠出壓力為0．8MPa，擠出噴頭孔徑為0．26mm，截面層厚度ΔH=0．33mm，擠出絲的速度由精密擠出裝置控制。骨支架的微觀結(jié)構(gòu)分析使用電子顯微鏡(MJ21)，抗壓強(qiáng)度測(cè)量采用全數(shù)字化電子生物力學(xué)試驗(yàn)儀(ＲGM－3005T)，壓力進(jìn)給速率設(shè)置為0．5mm/min．得到了骨支架在沿Z軸方向上連續(xù)承受壓力加載的應(yīng)力—應(yīng)變曲線圖。2參數(shù)測(cè)定與分析2．1不同濃度PVA骨支架宏觀表征通過(guò)四種不同濃度制備的骨支架模型在低溫(－24°C)冷凍干燥48h后如圖2所示［6］，從左至右依次為濃度9%、12%、15%、18%�？梢钥闯觯總�(gè)支架都有空隙結(jié)構(gòu)，濃度為15%聚乙烯醇成型的支架質(zhì)量最好，孔隙明顯，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)清晰。濃度為9%聚乙烯醇成型的支架明顯出現(xiàn)空隙融合現(xiàn)象，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不清晰。濃度為12%聚乙烯醇成型的支架相比9%的支架質(zhì)量有所改善，空隙融合減少，依舊清晰度欠佳。濃度為18%聚乙烯醇成型的支架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)清晰但仔細(xì)觀察可看到表層絲材有些許不連續(xù)部分�！鴪D2四種濃度下骨支架模型的外觀形貌2．2不同濃度PVA骨支架的微觀孔結(jié)構(gòu)組織工程骨支架能否發(fā)揮其最優(yōu)成骨能效的關(guān)鍵是微觀孔大小，微觀孔結(jié)構(gòu)主要指孔徑大孝孔隙率、連通程度等［7］，一般認(rèn)為孔徑在0．3mm－0．6mm時(shí)［8］具有最優(yōu)的成骨效能。本次成型出的組織工程骨支架如圖3，4，5左側(cè)是骨支架的低倍顯微結(jié)構(gòu)圖像，可以看出除9%PVA濃度PVA骨支架外其余三個(gè)孔徑都在合理范圍內(nèi);濃度12%PVA骨支架孔徑極不均勻(圖4左);濃度18%PVA骨支架雖孔徑合理但由于PVA濃度過(guò)高，絲材粘稠度加大出現(xiàn)了斷絲現(xiàn)象(圖6左);濃度15%PVA骨支架孔徑質(zhì)量最優(yōu)，存在較好的一致性和高連通性，層與層之間具有良好搭接(圖5左)

烯醇成型的支架明顯出現(xiàn)空隙融合現(xiàn)象，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不清晰。濃度為12%聚乙烯醇成型的支架相比9%的支架質(zhì)量有所改善，空隙融合減少，依舊清晰度欠佳。濃度為18%聚乙烯醇成型的支架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)清晰但仔細(xì)觀察可看到表層絲材有些許不連續(xù)部分。▲圖2四種濃度下骨支架模型的外觀形貌2．2不同濃度PVA骨支架的微觀孔結(jié)構(gòu)組織工程骨支架能否發(fā)揮其最優(yōu)成骨能效的關(guān)鍵是微觀孔大小，微觀孔結(jié)構(gòu)主要指孔徑大孝孔隙率、連通程度等［7］，一般認(rèn)為孔徑在0．3mm－0．6mm時(shí)［8］具有最優(yōu)的成骨效能。本次成型出的組織工程骨支架如圖3，4，5左側(cè)是骨支架的低倍顯微結(jié)構(gòu)圖像，可以看出除9%PVA濃度PVA骨支架外其余三個(gè)孔徑都在合理范圍內(nèi);濃度12%PVA骨支架孔徑極不均勻(圖4左);濃度18%PVA骨支架雖孔徑合理但由于PVA濃度過(guò)高，絲材粘稠度加大出現(xiàn)了斷絲現(xiàn)象(圖6左);濃度15%PVA骨支架孔徑質(zhì)量最優(yōu)，存在較好的一致性和高連通性，層與層之間具有良好搭接(圖5左)。每幅圖右側(cè)是骨支架的高倍率圖像結(jié)構(gòu)，可以發(fā)現(xiàn)其上有許多微米級(jí)小孔，這些微孔對(duì)細(xì)胞的粘附性和遷移性及生物因子的運(yùn)輸性有重要作用，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)濃度15%PVA骨支架微觀小孔分布最為致密(圖5右)，為生物流體提供通道［8，9］�！鴪D3濃度9%PVA支架孔徑及微觀結(jié)構(gòu)▲圖4濃度12%PVA支架孔徑及微觀結(jié)構(gòu)▲圖5濃度15%PVA支架孔徑及微觀結(jié)構(gòu)▲圖6濃度18%PVA支架往孔徑及微觀結(jié)構(gòu)2．3不同濃度PVA骨支架的力學(xué)性能支架需要一定的力學(xué)強(qiáng)度為新生組織提供支撐，維護(hù)細(xì)胞生長(zhǎng)的空間環(huán)境，并保持一定時(shí)間直至新生組織具有自身生物力學(xué)性能。由于支架可看做一般均質(zhì)材料，對(duì)支架進(jìn)行了縱向壓縮實(shí)驗(yàn)。根據(jù)胡克定律，支架在Z軸方向受到的負(fù)荷F，應(yīng)力σ，應(yīng)變?chǔ)欧謩e為:F=E×A×ΔLLσ=F

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3423612