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在组织工程中研究3D打印的PCL结构

时间:2020-02-18 12:33 来源:南极熊 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
      瑞典和挪威的研究人员在组织工程学上取得了长足的进步,他们的最新发现发表在“ 3D打印PCL结构的计算和实验表征对软生物组织支架的设计”中,当研究人员研究介孔结构对组织支架力学性能的深入影响时,他们3D打印了许多基于聚(ε-己内酯)(PCL)的支架样品,然后通过有限元分析(FEA)和计算流体对其进行了分析。动态(CFD)。

       生物打印继续为医学领域提供巨大的潜力,研究生物相容性支架的制造以及改进它们的新方法是一个严肃的话题。支架必须全面模仿人类细胞外基质(ECM)。这意味着它们必须能够在以下方面发挥出色的性能:
  • 机械
  • 运输
  • 化学制品
  • 生物支架

      如今,诸如聚(ε-己内酯)(PCL)之类的材料通常用于制造医疗设备和支架:“半结晶聚(ε-己内酯)(PCL)由于其长期的机械稳定性,低熔点和高热稳定性而成为使用最广泛的聚酯之一,因此在3D打印技术”,研究人员说。

机械性能可以通过多种方式进行调整,但是,通过CAD等方法,研究人员还可以控制尺寸,孔隙率等。也可以使用基于图像的设计,尽管可以限制材料以满足高分辨率需求,但可以对结构进行快速建模。尽管存在缺点,但其他替代方法(例如隐式曲面建模(依赖于数学方程式)和三重周期性最小曲面(TPMS))也可以有效。

研究人员专注于软生物组织在创建样本中的应用,使用以下方法全面了解其特性:
  • 有限元分析
  • 差价合约
  • 实验材料表征
  • 美国证券交易委员会
  • 数码相机
  • 扫描电镜
  • 微CT成像

在研究细观结构的影响时,研究人员指出,尽管这部分支架还可以引导营养,细胞粘附和ECM复合物沉积,但“对相互作用的完整理解尚待开发”。他们注意到,由于流动引起的壁切应力的特性,细观结构也影响细胞密度。

研究人员说:“所有脚手架均由九层组成,股线直径为SD = 0.4毫米。”根据以下参数研究了样本:
  • 股线取向
  • 股线空间
  • 股线直径
  • 股线长度
脚手架设计的示意图。(a)基本(B)和渐变(G)细观结构的构建单元。(b)渐变和交错(GS)介观结构的构建单元。(c)通过计算流体动力学(CFD)模拟研究的虚拟生物反应器计算域的几何表示。(d)规定以压缩方式加载脚手架的位移d。(e)规定使脚手架受拉时的位移d。
描述了由基本(B),梯度(G)以及梯度和交错(GS)介观结构形成的研究脚手架设计。缩写:SD:线束直径;SL:链长;SO:股线取向;SS:钢绞线空间。

设计分为以下几类:
  • 基本的
  • 梯度
  • 梯度介观结构
  • 交错的细观结构
使用基本(B),梯度(G),梯度和交错(GS)介观结构的脚手架的机械性能。(a)基于有限元分析(基于FEA)的脚手架在压缩和拉伸下的弹性模量。(b)压缩/拉伸模量与孔隙率之间的关系。

“我们优化了印刷温度和速度,以便在印刷过程中更好地复制支架的中观结构设计。但是,还需要仔细控制环境因素,例如温度,以实现可再现的支架特性。研究人员在总结性讨论中解释说:“即使环境因素的微小变化也可能导致股线凝固不均匀,并导致其他不良后果。”

“我们的结果表明,基于PCL的结构的3D打印是制造软生物组织支架的完全可行的方法。考虑到它们的机械和运输性能,GS细观结构设计是本研究探索的设计中最有前途的候选人。这种设计的支架的生物学功能应在生物反应器和/或原位研究中进一步研究。”

使用基本(B),梯度(G),梯度和交错(GS)介观结构,基于有限元分析(基于FEA)对脚手架中的von Mises应力分布进行预测。脚手架处于垂直压缩状态,图像代表中截面的应力。虚线表示对称线。

随着组织工程学的不断发展,从电动纺丝,骨置换到细胞生存能力改善等方面,支架的研究和实验也在不断发展。

从基本(B),梯度(G),梯度和交错(GS)介观结构的3D打印PCL支架的SEM图像中获取的俯视图和侧视图。
[来源/图片:“ 3D打印的PCL结构的计算和实验表征,用于软生物组织支架的设计 ”]

(责任编辑:中国3D打印网)

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