快速成型技术在软骨与骨组织工程中的应用研究

《快速成型技术在软骨与骨组织工程中的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、快速成型技术在软骨与骨组织工程中的应用研究：连芩，李涤尘，李爱民王珏【摘要】目的总结国内外软骨与骨组织工程中快速成型工艺方法及其研究进展。方法检索Elsevier和Emerald数据库中1997-01/2007-02及CHKD期刊全文数据库相关软骨与骨复合体的快速成型制造方法的文献，检索词“rapidprototyping,Osteochondraltissueengineering,osteochondralconstruct”等。对资料进行初选，纳入标准：（1）软骨与骨组织工程的发展现状；（2）软骨与骨复合支架的结构设计与制造方法；（3）快速成型软骨与骨组织工程支架的制

2、造方法。粗选数百篇相关文章，根据纳入标准确定68篇，最后分析27篇。结果快速成型技术为人工支架复杂结构的设计制造提供了新的理念和技术手段，是组织工程的一个重要研究方向。目前应用于软骨与骨组织工程的快速成型工艺主要有三维印刷、熔化沉积和选区激光烧结等。结论基于软骨与骨组织微观结构图像，并结合现代CAD/CAE和RP技术来设计和制造的软骨与骨复合支架，正在成为软骨与骨组织工程研究的一个新热点。【关键词】快速成型技术；软骨与骨组织工程；人工支架；生物可降解性关节上软骨与骨的良好结合保证着关节的稳定性和运动功能，但是因创伤和关节炎等疾病引起的关节软骨缺损，则会造成关节功能障碍甚至残

3、疾。然而由于对其的生理性修复需要涉及软骨和骨两种不同的组织修复，使得关节软骨缺损修复成为医学上的一个难题。目前利用软骨细胞修复软骨缺损已经获得较好的治疗效果，现代软骨与骨组织工程进一步提出构建具有复杂结构或成分的可降解性生物材料人工支架，然后将细胞与支架复合后进行关节缺损修复，但软骨与骨复合支架的设计和制造却是研究的难点。快速成型（RapidPrototyping,RP）技术，又称自由实体制造（SolidFreeformFabrication,SFF），自20世纪80年代中期产生以来获得迅速的发展，目前已经发展并形成20多种工艺，其中比较成熟的工艺方法有光固化原型、选择激光

4、烧结、分层实体制造、三维印刷、熔化沉积等。快速成型技术具有由数字驱动直接累积材料形成三维实体，不受形状复杂程度限制，并且在制造过程中可随时改变和控制材料成分等特点，目前结合反求/CAD/CAE和RP技术为软骨与骨复合体的制造提供了新的理念和技术手段，并正在形成软骨与骨组织工程的一个研究热点。本文将主要介绍应用于软骨与骨组织工程的几种快速成型工艺及其原理，以及相关的国内外研究现状。1软骨与骨复合支架的快速成型工艺流程基于RP的人工支架的制造方法可以分为直接成型制造和间接制造两类。直接成型制造是利用快速成型工艺直接累积加工可降解性生物材料获得支架，其典型工艺流程如图1所示。间接

5、制造是先利用快速成型技术制造支架负型，再填充生物材料后经过高温烧结等方法去除负型材料获得支架。2软骨与骨复合支架的快速成型工艺目前应用于软骨与骨组织工程的快速成型工艺主要有三维印刷、熔化沉积、选区激光烧结、光固化原型等方法。以下以各成型工艺分类介绍。2.1三维印刷（Three-DimensionalPrinting,3D-P）3D-P工艺原理为：利用喷射黏结剂的喷头加工粉末材料。喷头在计算机指令下，给每一层平铺于工作台粉末材料选择性地喷射黏结剂，被喷上黏结剂的粉末相互粘结，并层层累积，最终形成三维实体，然后去除粉末，经过烧结等后处理获得零件实体。美国密歇根州立大学Holli

6、ster等［2，3］利用SolidScope○R三维印刷技术制造蜡或PSA支架负型模具，填充HA浆体后经烧结工艺去除有机质，可形成复杂结构的HA多孔支架，然后将PLA浇铸在HA支架上形成PLA/HA双层支架。其PLA部分孔径为600μm，HA孔径为500μm。Schek等［4］在此基础上，制造PLA/HA双层软骨与骨复合支架，以PLA为软骨端，以HA为骨端，并在PLA和HA材料之间沉积一个PGA薄层，以防止细胞在软骨与骨区之间的迁移。然后，在该支架的HA骨端种植带有BMP-7的纤维原细胞(利用腺病毒转导)，在PLA软骨端种植软骨细胞。将其埋置在小鼠皮下的研究发现，PLA/H

7、A支架可在异位同时促进骨和软骨生长，并形成矿化界面组织；而且在支架的HA骨端，新生的组织内部有血管和骨髓样基质等生成。美国Sher○R三维印刷技术直接制造两种支架，第一种为孔隙率为25%～55%的L-PLGA/TCP(成分质量比85:15)支架，对其力学性能测试显示出孔隙率增大将明显降低其抗拉压强度和弹性模量。第二种支架为孔隙率90%的L-PLGA/L-PLA(成分质量比50:50)支架，对其进行的体外培养实验反映出软骨细胞可快速进入支架内部，具有良好的软骨细胞吸附能力和成软骨能力。在此基础上构建软骨与骨的双层支架