三维打印聚氨酯组织工程支架的研究

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1、工程硕士学位论文三维打印聚氨酯组织工程支架的研究作者姓名林国顺学位类别工程硕士指导教师吴刚教授校外导师唐昌伟高级工程师所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年4月Three‐dimensionalprintingofpolyurethanescaffoldsfortissueengineeringADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LinGuoshunSupervisor：Prof.WUGangSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分

2、类号：R318学校代号：10561学号：201521016680华南理工大学硕士学位论文三维打印聚氨酯组织工程支架的研究作者姓名：林国顺指导教师姓名、职称：吴刚教授申请学位级别：工程硕士学科专业名称：生物医学工程论文形式：产品研发工程设计应用研究工程/项目管理调研报告研究方向：生物医用材料论文提交日期：2018年04月12日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：郭圣文委员：熊冬生,黄美萍,黄岳山,吴凯II摘要组织工程的不断发展为人体受损组织的修复带来了新希望。生物支架材料作为组织工程的重要要

3、素之一，其结构和性能的好坏将影响细胞粘附和增殖。三维打印，由于其有极高的精度和构造速度，适用于生物医学领域特别是组织工程应用中。3D打印方法可以克服传统支架制备方法的不足，如孔连通性不好、孔隙率无法控制、孔尺寸大小等问题。聚氨酯是分子主链上含有氨基甲酸基团大分子化合物，具有良好的生物相容性，其力学性能可以通过调节软硬段的比例来控制。选用含降解基团的软段和硬段可以提高聚氨酯的降解性能。因此，聚氨酯可作为组织工程的优选生物材料。本研究中先是采用聚四氢呋喃2000为软段、六甲基二异氰酸酯为硬段，设计正交实验优化聚氨酯的预聚工艺，得到最优的聚氨酯预聚的工艺条件为在70℃预

4、聚250min，搅拌速率60rpm，催化剂浓度0.17%质量分数。然后优选预聚的优化条件来合成不同硬段含量的聚氨酯，并对聚氨酯的分子量、机械强度、热学性能做进一步分析。最终合成聚氨酯分子量控制得较好，分散系数小。随着硬段含量的增加，聚氨酯表面呈现出相分离。本研究还对合成聚氨酯的血液相容性和细胞毒性测试，结果表明，合成聚氨酯血液相容性好，且无毒性。本研究还通过共混低分子量和增塑剂来改变聚氨酯的加工条件。通过对各组分做流变学表征和动态力学分析，探究共混和掺入增塑剂对聚氨酯的加工性能的影响。结果表明共混和掺入增塑剂能够提高降低聚氨酯的流动粘度。接着通过三维打印方法制备聚

5、氨酯三维支架。三维显微镜和扫描电镜表明，通过控制温度和压力等条件，制备出结构规整孔隙率高的聚氨酯三维支架，优化了聚氨酯的打印工艺。通过微计算机断层扫描并三维重构，计算聚氨酯支架孔隙率和对其压缩模量测试。结果表明，聚氨酯支架孔尺寸较均一，压缩模量得到良好控制。最后，我们设计了动态力学加载的生物反应器。生物反应器特点是结构简单，精确度高，操作方便。通过生物反应器模拟力学加载模型，对聚氨酯三维支架的动态力学加载，研究了加载对支架降解速率、支架形态的影响，发现动态加载加快支架材降解，聚氨酯降解降低了溶液的pH。关键词：聚氨酯；支架；三维打印；生物反应器IAbstractT

6、hedevelopmentoftissueengineeringbringsmorepotentialforhumanhealth.Biologicalscaffoldisoneofthemostimportantelementsintissueengineering.Itsstructureandperformancewillaffectcelladhesionandproliferation.Asarapidprototypingmethod,3Dprintingtechnologyhasbeenappliedtothefieldoftissueenginee

7、ring.Thedesignofscaffoldsby3Dprintingcanimprovetheconnectivityofholestocontroltheporosityofscaffolds,whichcan’tobtainedbytraditionalmethods.Thermoplasticpolyurethanehasexcellentelasticityandmechanicalstrength.Inthisstudy,PTMG2000wasusedassoftsegmentsandHDIwereusedashardsegmenttosynthe

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