基于低温3D打印丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的力学性能

摘要

背景:随着3D打印技术在组织工程的快速发展,通过3D打印制备出多种支架材料被广泛用于下颌骨缺损修复,3D打印技术为下颌骨缺损修复带来了新的可能。目的:采用低温3D打印技术构建三维仿生骨支架材料,精确控制支架材料内部结构,并对其进行力学性能分析。方法:在同等体积下,通过改变打印支架线束与线束的交错角度,采用低温3D打印技术分别打印不同角度(30°,45°,90°)的丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架与聚己内酯/羟基磷灰石支架(共6组支架)。单轴压缩力学实验以0.5%/s的压缩速率加载6组支架,压缩至30%的应变,观察应力随着应变的变化关系;应力松弛实验以0.5%/s的压缩速率分别加载至3种打印角度丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架10%,20%,30%的应变,松弛保持时间3 h,观察应力随时间的变化关系;蠕变实验分别以2.5,3.75,5 kPa的恒定压力压缩打印角度为90°的丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架,蠕变保持时间3 h,观察应变随时间的变化关系。结果与结论:①单轴压缩力学实验:对于丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架和聚己内酯/羟基磷灰石支架,相同压缩应变下打印角度为90°支架的杨氏模量高于打印角度为30°,45°的支架。②应力松弛实验:当保持压缩速率、压缩应变及压缩角度恒定时,丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应力随松弛时间的延伸先快速降低,然后缓慢降低,随着松弛时间的延长,支架在开始时间段(1600 s以内)应力下降很快,在后期时间段(3700 s)应力降低速度减小,最后趋于平缓;当保持压缩速率、压缩应变恒定时,相对于打印角度为30°,45°的支架,打印角度为90°丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应力初值及趋于平稳时的应力值较高;当压缩速率及压缩角度恒定时,随着压缩应变值增加,丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应力值增加。③蠕变实验:随着蠕变时间的延长,90°的丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应变增加,在初始阶段(500 s内)应变增涨较快,随后应变缓慢增加最终趋于平缓,2.5 kPa下支架的应变变化范围为35%到55%,3.75 kPa下支架的应变变化范围从43%到57%,5 kPa下支架的应变变化范围从45%到57%。