3D打印琼脂糖和海藻酸钠复合水凝胶组织与性能研究 |
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4 3 D 打印琼脂糖和海藻酸钠复合 水凝胶组织与性能研究 M i c r o s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f 3 D p r i n t e da g a r o s e a n d s o d i u ma l g i n a t e c o m p o s i t eh y d r o g e l 汤桂平 , 严
倩 , 刘
洁 , 宋
波 , 文世峰 , 史玉升 ( 华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室 , 武汉 4 3 0 0 7 4 ) T A N G G u i - p i n g , Y A N Q i a n , L I UJ i e , S O N GB o , W E NS h i - f e n g , S H IY u - s h e n g ( S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fM a t e r i a l sP r o c e s s i n g a n dD i e& M o u l dT e c h n o l o g y , H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y , W u h a n4 3 0 0 7 4 , C h i n a ) 摘要 : 组织工程支架要求材料具有良好的生物相容性 、 相匹配的力学性能 , 以及利于细胞生长繁殖的形貌和结构 。 尽管 人们已经开发出了大量生物材料用于制备组织工程支架 , 然而 , 组织工程支架的成形困难和力学性能差等问题仍然严重 限制着其发展 。 以海藻酸钠为原材料 , 通过添加琼脂糖增强其力学性能 , 研究不同比例 海 藻 酸 钠 / 琼 脂 糖 复 合 凝 胶 的 结 构和形貌变化 , 测试其力学性能 。 利用直写打印成形复合水凝胶支架 , 观察复合凝胶 中 微 观 孔 隙 的 大 小 。 结 果 表 明 : 不 同比例的海藻酸钠 / 琼脂糖复合凝胶含水量差异较小 , 均在 9 0 % 附近 。 除了纯琼脂糖凝胶和体积比为 1 ∶ 2 的复合凝胶 外 , 其他比例的复合凝胶表面和断面均比 较 粗 糙 。 琼 脂 糖 能 在 一 定 程 度 上 增 强 复 合 凝 胶 , 海 藻 酸 钠 与 琼 脂 糖 的 体 积 比 2 ∶ 1 的复合凝胶压缩模量最高 , 可达 0 . 3 5 3 M P a 。 碳酸钙的分解在复合凝胶中产生了亚微米级的孔隙 , 因此制备出的复 合凝胶具有适合细胞生长繁殖的粗糙表面和微观孔隙 。 关键词 : 组织工程支架 ; 海藻酸钠 ; 琼脂糖 ; 3 D 打印 ; 力学性能 ; 微观孔隙 d o i : 1 0 . 1 1 8 6 8 / j . i s s n . 1 0 0 1 - 4 3 8 1 . 2 0 2 0 . 0 0 0 0 1 1 中图分类号 : T B 3 2 4
文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 - 4 3 8 1 ( 2 0 2 1 ) 0 5 - 0 0 6 6 - 0 9 A b s t r a c t : T h eb i o l o g i c a l s c a f f o l d so f t i s s u ee n g i n e e r i n g a r er e q u i r e dt oh a v e g o o db i o c o m p a t i b i l i t y , m a t c h e d m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s , a s w e l la s m o r p h o l o g y a n d m i c r o s t r u c t u r ef o rc e l l g r o w t h a n d r e p r o d u c t i o n .A l t h o u g h al a r g e n u m b e r o f b i o m a t e r i a l s h a v e b e e n d e v e l o p e d t o p r e p a r et i s s u e - e n g i n e e r i n g s c a f f o l d s , t h ef o r m i n g p r o b l e m sa n d p o o r m e c h a n i c a l p r o p e r t i e so ft h es c a f f o l d ss t i l l s e r i o u s l y l i m i t t h e d e v e l o p m e n t o f t i s s u e e n g i n e e r i n g . T h e s o d i u ma l g i n a t ew a s u s e d a s r a w m a t e r i a l , a n d i t s m e c h a n i c a l p r o p e r t i e sw e r ee n h a n c e db y a g a r o s e .T h es t r u c t u r ea n d m o r p h o l o g y o fs o d i u m a l g i n a t e / a g a r o s ec o m p o s i t eh y d r o g e l s w i t hd i f f e r e n tr a t i o s w e r es t u d i e d , t h e m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s w e r e t e s t e d . I na d d i t i o n , t h e c o m p o s i t eh y d r o g e l s c a f f o l dw a s f o r m e db y d i r e c t i n kw r i t i n g , a n d t h e s i z e o f t h em i c r o s c o p i c p o r e s i nc o m p o s i t eh y d r o g e l sw e r ed e s i g n e da n do b s e r v e d . T h er e s u l t ss h o w t h a t t h e c o m p o s i t eh y d r o g e l sw i t hd i f f e r e n t r a t i o sh a v e l i t t l ed i f f e r e n c e i n w a t e rc o n t e n t , a l l a r o u n d 9 0 %. A p a r t f r o mt h e p u r e a g a r o s e g e l a n d t h e c o m p o s i t e g e lw i t h a v o l u m e r a t i o o f 1 ∶ 2 , t h e s u r f a c e a n d c r o s s s e c t i o no f t h ec o m p o s i t e g e l i no t h e r r a t i o sa r e r e l a t i v e l y r o u g h . A g a r o s ec a ne n h a n c e t h e c o m p o s i t e g e l t o a c e r t a i ne x t e n t , a n dt h e c o m p o s i t e g e lw i t ht h ev o l u m e r a t i oo f s o d i u ma l g i n a t e t o a g a r o s e o f 2 ∶ 1 h a s t h e h i g h e s t c o m p r e s s i o n m o d u l u s , w h i c h c a n r e a c h 0 . 3 5 3 M P a . T h e d e c o m p o s i t i o no f c a l c i u mc a r b o n a t e c r e a t e ds u b m i c r o n p o r e s i nt h e c o m p o s i t eh y d r o g e l , t h e r e f o r e t h e p r e p a r e d c o m p o s i t e h y d r o g e l h a s r o u g h s u r f a c e a n dm i c r o - p o r e s , w h i c h i s c o n d u c i v e f o r c e l l g r o w t h a n d r e p r o d u c t i o n . K e y w o r d s : t i s s u ee n g i n e e r i n g s c a f f o l d ; s o d i u ma l g i n a t e ; a g a r o s e ; 3 D p r i n t i n g ; m e c h a n i c a l p r o p e r t y ; m i c r o - s c o p i c p o r e |
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