本文關(guān)鍵詞：雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架的三維打印制備工藝及性能研究

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【摘要】：人體關(guān)節(jié)的力學(xué)性能特殊,其壓縮模量遵循梯度變化,由軟骨淺表層的0.079 MPa遞增至軟骨下骨的5.7 GPa。傳統(tǒng)的軟骨修復(fù)支架制備方法,如粒子浸出法、相分離法等,無法得到外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)精確可控,且孔隙尺寸均勻的三維支架,力學(xué)性能無法與天然軟骨匹配,再生能力欠佳。因此,內(nèi)外部結(jié)構(gòu)精確可控、力學(xué)性能適宜、細(xì)胞活性優(yōu)異的支架材料是軟骨修復(fù)材料研究的熱點(diǎn)方向之一。針對(duì)上述問題,本文以海藻酸鈉(SA)和丙烯酰胺(AM)為單體,調(diào)節(jié)各配方比例制備三維打印性良好的漿料,運(yùn)用流變學(xué)理論分析漿料粘彈性行為,并將其與三維打印工藝參數(shù)和支架設(shè)計(jì)相結(jié)合,研究影響漿料可打印性和支架穩(wěn)定性的因素,優(yōu)化打印工藝,成功制備了內(nèi)外部結(jié)構(gòu)可控的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架。具體研究成果如下:第一,通過優(yōu)化加料順序和原料配比制備了塊狀的SA/AM雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠,其溶脹平衡度和凝膠分?jǐn)?shù)分別可達(dá)14倍和93%,且壓縮和拉伸模量分別達(dá)0.19 MPa和0.1MPa,斷裂伸長(zhǎng)率超過14倍。第二,運(yùn)用流變學(xué)理論,結(jié)合打印試驗(yàn),驗(yàn)證和解釋了鈣離子含量為影響漿料粘度和可打印性的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)CaCl2與SA的質(zhì)量比在0.05至0.07范圍內(nèi)時(shí),所配置的漿料適合三維打印;同時(shí),為了得到側(cè)面孔支架,在體系中加入一定量的粒徑大小在10μm以內(nèi)的羥基磷灰石(HA)顆粒,以提升漿料粘度,從而提升打印線條的支撐力,并研究了HA的加入量對(duì)漿料粘度和三維打印性的影響,確定了HA與SA的質(zhì)量比在0.7至1范圍內(nèi)為較優(yōu)配比。第三,制備了具有通孔結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能優(yōu)異的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架,其孔隙率可達(dá)61%,孔徑在350-550μm范圍內(nèi)可控;凍干后支架力學(xué)性能優(yōu)異,壓縮彈性模量可達(dá)2.24 MPa,抗壓強(qiáng)度可達(dá)434 KPa,已達(dá)到關(guān)節(jié)軟骨的壓縮模量范圍,且壓縮模量和抗壓強(qiáng)度與支架孔徑尺寸成反比關(guān)系。第四,初步探索了AM/SA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠三維支架孔徑大小對(duì)細(xì)胞增殖的影響,結(jié)果表明:第一,細(xì)胞能在3天和5天時(shí)間內(nèi)增殖到OD值0.7及1.3以上,增殖效果好;第二,550μm尺寸的支架增殖效果最好。
【關(guān)鍵詞】：海藻酸鈉 丙烯酰胺 高分子流變學(xué) 三維打印 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R318.08;R687
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 軟骨修復(fù)工程支架12-14
• 1.2.1 軟骨修復(fù)用支架材料12-13
• 1.2.2 軟骨修復(fù)用支架類型13
• 1.2.3 軟骨修復(fù)用支架目前存在的問題13-14
• 1.3 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（DNG）14-17
• 1.3.1 天然DNG和納米復(fù)合DNG研究進(jìn)展14-16
• 1.3.1.1 天然DNG研究14-15
• 1.3.1.2 納米復(fù)合DNG研究15-16
• 1.3.2 雙網(wǎng)絡(luò)形成機(jī)理和條件16-17
• 1.4 三維成型技術(shù)17-20
• 1.4.1 三維成型技術(shù)介紹17
• 1.4.2 三維生物打印材料17-19
• 1.4.3 三維生物打印應(yīng)用和趨勢(shì)19-20
• 1.5 三維打印水凝膠支架20-24
• 1.5.1 三維打印水凝膠支架的關(guān)鍵因素20-23
• 1.5.1.1 流變學(xué)21-23
• 1.5.1.2 交聯(lián)機(jī)理23
• 1.5.2 三維打印水凝膠支架所面臨的問題23-24
• 1.6 研究目標(biāo)與內(nèi)容24-25
• 1.7 論文創(chuàng)新性25-26
• 第二章 塊狀雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備26-40
• 2.1 引言26-28
• 2.1.1 原料介紹26-28
• 2.1.2 PAM/SA雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠結(jié)構(gòu)28
• 2.2 實(shí)驗(yàn)28-31
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器28-30
• 2.2.2 塊狀雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠的制備原理30
• 2.2.3 測(cè)試與表征30-31
• 2.3 結(jié)果與分析31-39
• 2.3.1 原料的加料順序?qū)﹄p網(wǎng)絡(luò)水凝膠制備的影響31-35
• 2.3.2 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠（DNG）紅外光譜分析和斷面形貌35-36
• 2.3.3 水凝膠溶脹度和凝膠分?jǐn)?shù)分析36-37
• 2.3.4 力學(xué)性能分析37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第三章 三維打印漿料的配制及其流變學(xué)研究40-55
• 3.1 引言40
• 3.2 試驗(yàn)40-42
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器40
• 3.2.2 打印漿料配置方法40-41
• 3.2.3 測(cè)試與表征41-42
• 3.2.3.1 漿料流變性表征41
• 3.2.3.2 羥基磷灰石（HA）的表征41-42
• 3.3 結(jié)果與分析42-54
• 3.3.1 漿料可打印性分析42-48
• 3.3.1.1 影響漿料流變性的關(guān)鍵因素42-45
• 3.3.1.2 鈣離子含量對(duì)漿料流變性能的影響45-48
• 3.3.2 羥基磷灰石對(duì)漿料流變性的影響48-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 第四章 三維打印制備雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架55-61
• 4.1 引言55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)55-58
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備55
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法55-58
• 4.2.2.1 打印漿料配置56-57
• 4.2.2.2 三維打印制備水凝膠支架流程57-58
• 4.2.3 測(cè)試與表征58
• 4.3 結(jié)果與討論58-60
• 4.3.1 不同孔徑的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架制備58-60
• 4.3.2 不同外部結(jié)構(gòu)的支架的制備60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 第五章 雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠支架的性能表征61-72
• 5.1 引言61
• 5.2 實(shí)驗(yàn)61-63
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備61-62
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)方法62
• 5.2.3 測(cè)試與表征62-63
• 5.3 結(jié)果與討論63-70
• 5.3.1 支架形貌分析63-64
• 5.3.2 支架組分分析64-65
• 5.3.3 孔徑大小對(duì)支架性能的影響65-69
• 5.3.4 孔徑大小對(duì)三維支架細(xì)胞增殖能力的影響69-70
• 5.4 本章小結(jié)70-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果80-81
• 致謝81-82
• 附件82

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本文編號(hào)：980163