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1、碩士學(xué)位論文三維打印海藻酸鈉/改性明膠復(fù)合水凝膠支架的制備與骨修復(fù)性能研究作者姓名陳海婷學(xué)科專業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程指導(dǎo)教師方立明所在學(xué)院材料科學(xué)與工程論文提交日期2018年4月23日3DprintingofSA/GelMAHydrogelScaffoldforBoneRepairApplicationsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ChenHaitingSupervisor：PhD.FangLimingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,
2、China分類號：TB324學(xué)校代號：10561學(xué)號：201520113854華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文三維打印海藻酸鈉/改性明膠復(fù)合水凝膠支架的制備與骨修復(fù)性能研究作者姓名：陳海婷指導(dǎo)教師姓名、職稱：方立明副研究員申請學(xué)位級別：理學(xué)碩士學(xué)科專業(yè)名稱：生物醫(yī)學(xué)工程研究方向：生物醫(yī)用材料論文提交日期：2018年4月23日論文答辯日期：2018年5月31日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué)學(xué)位授予日期：年月日答辯委員會成員：主席：曹曉東委員：施雪濤、杭飛、吳剛、方立明摘要隨著骨缺損病例的增長，臨床對骨缺損修復(fù)材料和器械的需求不斷提高。骨缺損修復(fù)組織工程支架是近年來的
3、研究熱點(diǎn)。相比傳統(tǒng)的支架成型方法，三維打印具有快速高效、可定制和精確調(diào)控支架孔隙結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢。海藻酸鈉和明膠是三維打印組織工程支架常見的兩種可降解天然高分子材料。其中，海藻酸鈉與鈣離子可快速鰲合固化成型，甲基丙烯酸酐改性明膠既保持了明膠良好生物相容性，低溫物理成膠特性且具有紫外光交聯(lián)的特性。通過優(yōu)化漿料成分和打印參數(shù)調(diào)控兩種材料的固化交聯(lián)成型使其具有良好的三維打印性。因此，本研究采用海藻酸鈉和改性明膠作為三維打印組織工程支架材料，從成分和孔徑兩方面進(jìn)行海藻酸鈉/改性明膠基復(fù)合支架骨修復(fù)性能研究，主要研究工作和結(jié)論如下：（1）三維打印漿料配方優(yōu)化和打印性研
4、究。首先，研究海藻酸鈉和鈣離子的比例對復(fù)合水凝膠支架打印性能的影響；然后通過平板流變儀測試打印漿料的流變性能，分析打印性能與流變性能的關(guān)系，從而指導(dǎo)打印材料體系的配制及打印漿料的優(yōu)化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鈣離子濃度是影響打印材料體系的流變性能和打印性能的關(guān)鍵因素，隨著海藻酸鈉濃度的升高（3w/v%-5w/v%），適合打印的鈣離子濃度范圍從0.02M增加到0.05M。綜合考慮到支架的打印性能和力學(xué)性能，得到優(yōu)化的打印材料體系配比為10w/v%GelMA、5w/v%SA和0.02MCaCl2。（2）羥基磷灰石對海藻酸鈉/改性明膠力學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)性能的影響研究。為提高
5、水凝膠支架的力學(xué)和骨修復(fù)性能，復(fù)合了納米羥基磷灰石打印支架。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著納米羥基磷灰石含量升高到20w/v%，水凝膠復(fù)合支架的彈性模量和壓縮強(qiáng)度分別達(dá)到174kPa和7.3MPa，比純海藻酸鈉/改性明膠支架分別提高約10倍和4.6倍。復(fù)合納米羥基磷灰石后，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞在水凝膠支架表面的粘附和增殖能力有所下降，但成骨分化能力略有提高。（3）支架孔徑和表面礦化對海藻酸鈉/改性明膠力學(xué)性能和生物學(xué)性能的影響研究?？紫督Y(jié)構(gòu)是影響支架性能的重要因素之一，因此，本研究比較了均一孔徑大小和梯度孔徑大小的水凝膠復(fù)合支架的力學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在孔徑尺寸
6、為400-700μm的范圍內(nèi)，梯度孔徑和均一孔徑支架的力學(xué)性能無顯著差異，但梯度孔徑支架的細(xì)胞承載量更高，因而促進(jìn)了細(xì)胞的增殖和成骨分化。其次，表面礦化海藻酸鈉/改性明膠I凝膠支架提高了支架的體外成骨分化。將三維打印的海藻酸鈉/改性明膠支架植入3.5mm的兔股骨外踝缺損部位，12周后取出、處理、切片、H&E和Masson染色，進(jìn)行組織學(xué)觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，礦化和梯度孔徑結(jié)構(gòu)能顯著改善海藻酸鈉/改性明膠的骨修復(fù)性能，表面礦化有利于骨缺損修復(fù)，梯度孔徑也有一定程度的促進(jìn)作用，礦化和梯度孔徑結(jié)構(gòu)結(jié)合的修復(fù)效果僅次于載BMP-2的礦化梯度孔徑支架。本研究通過優(yōu)化海
7、藻酸鈉/改性明膠雙交聯(lián)體系的成分和流變性能調(diào)控其打印性能，制備了具有梯度孔徑結(jié)構(gòu)的水凝膠復(fù)合支架，并通過仿生礦化在支架表面沉積了鈣磷涂層，體外細(xì)胞生物學(xué)和動物體內(nèi)植入實(shí)驗表明該支架具有較好的骨缺損修復(fù)能力。本研究對后續(xù)改進(jìn)水凝膠支架的三維打印技術(shù)，增加梯度孔徑范圍和數(shù)量，探索高通量篩選孔徑大小對力學(xué)和骨修復(fù)性能的影響，以及探討表面礦化涂層和載因子或藥物提高水凝膠支架的骨修復(fù)性能有參考價值。關(guān)鍵詞：組織工程；三維打印；水凝膠支架；梯度結(jié)構(gòu)；礦化；骨修復(fù)IIAbstractThereisagrowingdemandforbonerepairmaterial
8、sanddevicesasthenumberofpatientsincreases.Recen
