【摘要】：3D打印是一種利用計算機軟件控制機器將材料逐層堆疊構(gòu)建起目標(biāo)模型的技術(shù)。當(dāng)其應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域時,也被稱為“生物打印”,即通過計算機輔助技術(shù)將生物材料、活細(xì)胞、生長因子等逐層堆疊為組織或器官并使其具有活性。利用3D生物打印技術(shù)可以快速、高效、精確制造不同尺寸的模型以及復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu),并通過與藥物、活性因子、細(xì)胞等混合打印,使模型功能化,實現(xiàn)器官定制、藥物控釋的目的。然而,目前3D打印生物材料仍存在諸多問題,如可選材料種類少、打印條件苛刻(高溫、激光等)、成型效果不好、材料制備復(fù)雜等。本論文通過化學(xué)改性Pluronic F127(PEO100-PPO65-PEO100),使其具備溫度響應(yīng)和紫外光響應(yīng)的雙響應(yīng)特性,從而快速高效3D打印出具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)及藥物控釋功能的水凝膠模型。在此基礎(chǔ)上,將Pluronic F127與海藻酸鈉復(fù)合,該材料可通過3D打印制備具有形狀記憶功能的模型。一、具有雙響應(yīng)特性的改性F127合成及用于3D打印的研究本體系利用丙烯酰氯對溫度敏感的Pluronic F127(PEO100-PPO65-PEO100)進行化學(xué)改性,在長鏈段端基中引入碳碳雙鍵,使改性F127具備光響應(yīng)特性。通過旋轉(zhuǎn)流變儀確定了改性F127的打印濃度及打印溫度,利用3D生物打印機(3D-Bioplotter)進一步確定打印噴頭直徑(0.25 mm)、打印平臺溫度(40~45?C)、打印速度(30 mm/s)、擠出壓力(0.6 bar)等打印參數(shù),配合使用365 nm的紫外光源可使材料在5秒內(nèi)高效成型。SEM表征實驗結(jié)果顯示3D打印是物理狀態(tài)的逐層疊加過程,溶脹實驗、彈性模量實驗結(jié)果表明模型的力學(xué)性能隨著打印墨水濃度提高而增強,藥物釋放實驗反映出3D打印模型的藥物釋放行為與傳統(tǒng)制備方法類似但緩釋效果更好,而細(xì)胞毒性實驗證實高濃度的改性F127(0.20 g/mL)具有較好的生物相容性,能滿足3D打印后直接使用無需后處理的需求。2、改性F127與海藻酸鈉混合制備形狀記憶水凝膠及用于3D打印的研究海藻酸鈉作為目前3D打印領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的材料之一,具有可生物降解、無毒以及能在鈣離子作用下凝膠化成型的特點。由于改性F127可以形成具有一定力學(xué)性能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),因此通過與海藻酸鈉混合打印,利用鈣離子和碳酸根離子的相互交換實現(xiàn)形狀記憶功能。利用3D-Bioplotter對從打印過程流暢程度、打印精度、成型效果、形狀記憶效果(固定率、回復(fù)率)等方面探究最佳打印墨水配方,實驗結(jié)果表明由0.16g/mL的改性F127溶液與0.04 g/mL的海藻酸鈉溶液所組成的打印墨水能實現(xiàn)理想打印效果,其中,噴嘴直徑為0.25 mm,加熱溫度為35~40?C,平臺溫度為40~45?C,擠出壓力為0.8 bar,打印速度為30 mm/s。打印模型能在0.01 g/mL的CaCl2溶液和0.02 g/mL的Na2CO3溶液作用下實現(xiàn)臨時形狀和原始形狀的變換。
[Abstract]:3D printing is a kind of technology which uses computer software to control the machine to stack the material layer by layer to construct the target model. When it is applied to biomedical fields, it is also called "bio-printing", that is, biological materials, living cells, growth factors and so on are stacked into tissues or organs layer by layer and made active by computer-aided technology. Using 3D bio-printing technology, we can quickly, efficiently and accurately manufacture different sizes of models and complex internal structures, and through mixed printing with drugs, active factors, cells and so on, we can functionalize the model and realize organ customization. The purpose of controlled drug release. However, at present, there are still many problems in 3D printing biomaterials, such as few kinds of optional materials, harsh printing conditions (high temperature, laser, etc.), poor molding effect, complex preparation of materials, and so on. In this paper, Pluronic F127 (PEO100-PPO65-PEO100) was chemically modified to possess the double response of temperature response and ultraviolet response, so that the hydrogel model with complex internal structure and controlled drug release could be printed quickly and efficiently. On this basis, Pluronic F127 was combined with sodium alginate. The model with shape memory function could be prepared by 3D printing. First, the synthesis of modified F127 with double response and its application in 3D printing. The chemical modification of Pluronic F127 (PEO100-PPO65-PEO100), which is temperature-sensitive, was carried out by using acryloyl chloride. Carbon and carbon double bonds were introduced into the long chain end group. The modified F 127 has the characteristics of light response. The printing concentration and printing temperature of modified F127 were determined by rotary rheometer, and the diameter of printing nozzle (0.25 mm), printing platform temperature) was further determined by using 3D biological printer (3D-Bioplotter). Printing parameters such as printing speed (30 mm/s), extrusion pressure (0.6 bar) and UV source of 365 nm can make the material be formed efficiently in 5 seconds. The results of SEM characterization experiment show that 3D printing is a stacking process of physical state layer by layer. The results of swelling test and elastic modulus test showed that the mechanical properties of the model increased with the increase of printing ink concentration. The drug release experiment showed that the drug release behavior of the 3D printing model was similar to that of the traditional preparation method but the slow release effect was better. The cytotoxicity test showed that high concentration of modified F127 (0.20 g/mL) had good biocompatibility and could meet the requirement of 3D printing without post-treatment. Preparation of shape memory hydrogel with modified F127 and sodium alginate as one of the most widely used materials in 3D printing, sodium alginate is biodegradable. Non-toxic and can be gelatinized under the action of calcium ion. Because the modified F127 can form a network structure with certain mechanical properties, the shape memory function can be realized by the exchange of calcium ion and carbonate ion by mixed printing with sodium alginate. Using 3D-Bioplotter to explore the best formula of printing ink from the aspects of printing process fluency, printing accuracy, shaping effect, shape memory effect (fixed rate, recovery rate), etc. The experimental results show that the printing ink composed of modified F127 solution of 0.16g/mL and sodium alginate solution of 0.04 g/mL can achieve the ideal printing effect, in which the nozzle diameter is 0.25 mm, and the heating temperature is 35? The temperature of the platform is 40,45C, and the extrusion pressure is 0.8 bar,. The printing speed is 30 mm/s.. The printing model can realize the transformation of the temporary shape and the original shape under the action of the CaCl2 solution of 0.01 g/mL and the Na2CO3 solution of 0.02 g/mL.
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R318.08;TP391.73

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本文編號：2316882