梯度结构骨组织工程支架的可控性设计与制备研究

摘要

本论文以骨组织工程学、生物材料学、快速成形(RP)技术和仿生制造技术为理论基础，系统地进行了梯度结构骨仿生支架的可控性设计、制备与性能研究。分析了骨组织工程对仿生支架的性能要求，提出一套关于梯度结构仿生支架的优化设计与制备方法，可成形与骨缺损部位外形吻合且内部宏观通道与微观孔隙成梯度分布的多孔支架，同时支架的结构设计与性能具有可控性。 在支架设计方面，应用医学图像处理与三维重建、CAD建模和FEA技术对支架的外形和内部宏观通道进行可控性设计与优化，并通过控制工艺参数实现对微观孔隙的可控性设计。 在支架制备方面，分析了多孔骨支架传统制备方法和单纯基于RP技术的制备方法的优势与不足，提出基于SLA技术的间接成形方法与添加致孔剂法相结合的技术路线，以β-TCP浆料为原料，以环氧树脂E20颗粒为致孔剂，成形具有梯度结构的仿生支架，并优化了工艺参数，进行了支架宏观通道、微观孔隙的结构与性能的可控性研究。 在支架性能研究方面，进行了外观与收缩率、物相分析(XRD)、微观结构(SEM)、孔隙率和机械性能的测试分析，结果表明应用本制备路线制得的支架外形精确，β-TCP晶体纯度较高，具有良好的梯度结构，宏观通道直径为500μm左右且三维贯通，微观孔隙尺寸在100～400μm之间且布满支架本体，浆料中致孔剂添加比例为60.0wt％时，支架孔隙率达78.12％且抗压强度为0.2983MPa，满足后续实验要求。对致孔剂添加比例为60wt％的β-TCP浆料制备的支架进行了细胞的体外培养和检测实验，结果表明细胞的黏附率达67.43％，且ALP活性、OCN含量和微观形态检测分析显示细胞生长增殖状况良好，满足骨组织工程学对支架生物学性能的要求。

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第一章 绪论

1.1课题来源

1.2研究背景和意义

1.2.1研究背景

1.2.2研究意义

1.3骨组织工程支架概论

1.3.1骨组织工程

1.3.2支架材料

1.4骨组织工程支架制备与研究进展

1.4.1传统制备方法

1.4.2基于RP技术制备的研究概况

1.4.3基于RP技术与传统方法的结合

1.5论文的主要研究内容

第二章 骨组织工程支架可控性设计

2.1组织工程方法骨缺损修复过程

2.2骨组织工程支架设计路线

2.3支架外形设计

2.4支架内部结构设计与优化

2.4.1宏观通道设计与优化

2.4.2微观孔隙设计与实现

2.4本章小结

第三章 骨组织工程支架制备

3.1制备路线规划

3.2负型设计与制备

3.2.1组合式负型思路

3.2.2负型设计与制备

3.3灌浆与干燥

3.3.1浆料配制与流动性分析

3.3.2灌浆与真空处理

3.3.3干燥与压实

3.4高温烧结

3.4.1陶瓷烧结原理

3.4.2烧结温度路线

3.5本章小结

第四章 骨组织工程支架性能分析

4.1外观与收缩率

4.2物相分析

4.3微观结构分析

4.4孔隙率

4.5机械性能

4.6细胞体外培养

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1全文总结

5.2论文创新点

5.3工作展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致 谢