超临界流体技术制备组织工程三维多孔支架工艺研究

摘要

组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体，其目前研究的主要内容集中在生物可降解支架材料、种子细胞、体外培养条件等方面，其中理想的三维支架的构建是组织工程化人工器官研究成功的前提条件。超临界CO2诱导相分离-循环干燥过程以其独特的优势为组织工程多孔支架的制备提出了一条新途径，利用该技术制备的多孔支架孔结构可控、孔隙率高，互通性好，几乎无溶剂残留。在多孔支架体外培养过程中，不管是种子细胞进入支架，还是其排泄废物排出支架，均需通过营养液将它们带入或带出。因此营养液和细胞或代谢废物在支架微管内的流动对于体外活体培养的成功起着至关重要的作用。
　　本文以聚甲基丙烯酸甲酯、聚乳酸和聚乳酸与聚己内酯共混物为模型材料，丙酮和二氯甲烷为溶剂，实验研究超临界CO2诱导相分离-循环干燥过程制备组织工程支架的可行性，通过SEM对支架内部孔结构表征，考察操作参数如聚合物种类、聚合物浓度、高压釜压力、操作温度、循环干燥时间和CO2流量对孔结构的影响规律，结果表明，操作参数不同，聚合物种类不同，形成的多孔支架结构不同。随聚合物浓度和操作温度的升高，支架孔径逐渐减小;随高压釜压力的升高，支架孔径逐渐增大，随CO2流量的升高，聚合物不同，孔结构大小增减规律不同。循环干燥时间对支架孔径影响不大，但对其可行性有较为重要的影响。
　　结合仿生学和国内外对支架内部结构的相关研究成果，构造不同几何参数的骨支架模型，利用FLUENT软件模拟细胞和营养液在支架内的流动状况，得出了不同结构骨支架内部流场的速度和压力分布图，通过对模拟结果进行对比分析，优化组织工程支架内部结构设计参数，为骨支架内部结构设计提供一定的数据和理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 组织工程三维多孔支架制备

1．1．1 组织工程概述

1．1．2 组织工程国内外发展现状

1．1．3 支架材料和制备方法

1．2 超临界流体技术

1．2．1 超临界流体

1．2．2 基于ScCO2的组织工程三维支架制备方法

1．2．3 ScCO2诱导相分离——循环干燥法

1．3 组织工程多孔支架微孔内流场数值模拟

1．4 本文主要研究内容

第2章 ScCO2诱导相分离循环干燥实验技术

2．1 实验装置

2．2 实验流程

2．3 实验材料和分析仪器

2．4 实验步骤

2．5 本章小结

第3章 PMMA多孔支架制备

3．1 PMMA材料特性及其应用

3．2 PMMA支架制备

3．3 实验条件

3．3．1 PMMA溶液浓度

3．3．2 高压釜压力和操作温度

3．3．3 循环干燥时间

3．3．4 CO2的流量

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 聚合物溶液中气泡对多孔支架表面的影响

3．4．2 升压速度对多孔支架的影响

3．4．3 泄压速度对多子L支架的影响

3．4．4 不同操作条件对PMMA多孔支架内部结构影响

3．5 本章小结

第4章 聚乳酸多孔支架的制备

4．1 聚乳酸材料特性及其应用

4．2 聚乳酸支架制备

4．3 实验条件

4．4 实验结果与讨论

4．4．1 不同分子量对多孔支架结构影响

4．4．2 静态保压时间对支架结构影响

4．4．3 不同模具对支架结构影响

4．4．4 聚合物浓度对支架结构影响

4．4．5 高压釜压力对支架结构影响

4．4．6 操作温度对支架结构影响

4．5 本章小结

第5章 聚乳酸和聚己内酯共混物多孔支架的制备

5．1 聚己内酯材料特性及其应用

5．2 聚乳酸和聚己内酯共混支架制备

5．3 实验条件

5．4 实验结果与讨论

5．4．1 共混物浓度对支架结构影响

5．4．2 高压釜压力对支架结构影响

5．4．3 操作温度对支架结构影响

5．4．4 循环干燥时间对支架结构影响

5．4．5 CO2流量对支架结构影响

5．5 本章小结

第6章 组织工程多孔支架微孔内流场数值模拟

6．1 二维模型的设计

6．1．1 二维模型建立

6．1．2 模拟结果及分析

6．2 三维模型的设计

6．2．1 三维模型建立

6．2．2 模拟结果及分析

6．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢