基于MAM擠出沉積成型制備HA骨組織支架工藝研究.pdf

1、骨缺損為臨床上常見病癥,而目前治療骨組織缺損和失效的方法局限于自體或異體骨移植,或者用以非降解材料如鈦合金植入缺損部位,完成創(chuàng)傷的修復(fù)。隨著生物材料和組織工程學(xué)的發(fā)展,可降解骨組織支架替代原始的自體骨或異體骨移植成為了骨缺損修復(fù)最具前景的研究和應(yīng)用領(lǐng)域。
　　骨組織工程支架需具備三維復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)和良好的力學(xué)和生物學(xué)性能,傳統(tǒng)的加工方法諸如發(fā)泡粒子瀝慮法等無法制備出結(jié)構(gòu)可控的三維孔隙結(jié)構(gòu)。三維打印(3dimensionalprint

2、ing,3DP)快速成形技術(shù)(rapidprototyping,RP)的發(fā)展和應(yīng)用為解決上述問題提供了可能。自1993年Sachs等人首次提出三維打印快速成形技術(shù)以來,3DP技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,3DP儼然已成為當(dāng)今全球最熱門的科技名詞,被《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命。本文基于電機(jī)助推(MAM)精密擠出沉積成型技術(shù)制備了具備復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的羥基磷灰石骨組織工程支架,完成了力學(xué)和生物學(xué)性能評價(jià),并就擠出成型原理和工藝優(yōu)化

3、進(jìn)行了深刻地研究和探討。
　　本文根據(jù)擠出成型技術(shù)對漿料性能的要求,系統(tǒng)研究了納米羥基磷灰石顆粒在水基分散基質(zhì)中的分散機(jī)理,并歸納了其影響因素。根據(jù)粘度和沉降實(shí)驗(yàn),得出了當(dāng)體系分散劑聚丙烯酸銨含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5％,pH為9-10,溫度為25-30°C,分散基質(zhì)中甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%,表面活性劑PEG含量4%時(shí),漿料的均勻性和分散性達(dá)到了最佳。
　　對漿料在擠出過程中的流動(dòng)過程進(jìn)行了流體力學(xué)分析,得出了噴嘴直徑和擠壓速度等參數(shù)

4、對漿料擠出過程中的擠出速度和擠出脹大效應(yīng)有一定的影響。采用POLYFLOW有限元軟件建立非牛頓流體賓漢模型對漿料擠出過程進(jìn)行模擬,然后采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出最佳的工藝參數(shù)。經(jīng)分析與討論,適用于擠出成型的最佳工藝參數(shù)為:噴嘴直徑φ=0.34mm,掃描速度Vxy=7mm/s,活塞擠壓速度Vt=0.005mm/s。
　　優(yōu)化了后處理燒結(jié)工藝過程,依據(jù)燒結(jié)原理,對燒結(jié)方式、燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間等影響支架微觀組織和性能的因素進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。并得到

5、了最佳工藝流程:微波燒結(jié)1200°C,保溫30min。燒結(jié)后的支架具備良好的力學(xué)性能,抗壓強(qiáng)度為45.57MPa。最后對所制備支架進(jìn)行了生物學(xué)性能檢測,通過體外的小鼠細(xì)胞MC3T3-E1與支架的聯(lián)合培養(yǎng),采用SEM觀測細(xì)胞在支架上有著很好的粘附。CCK-8實(shí)驗(yàn)也證明了其良好的增殖性能。將支架移植入新西蘭大白兔大腿骨節(jié)處,對支架的成骨性能進(jìn)行初步的探索。Micro-CT和鈣黃綠素?zé)晒鈾z測實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,兩周后骨缺損處支架表面有一定的新骨形成