3D打印TPU气道支架的有限元仿真分析及其力学性能

气道支架的可压缩性直接影响手术操作,植入后与气道的相互作用力对临床疗效影响大,开展支架植入气道的力学性能仿真分析可为产品研发和临床应用提供参考。采用计算机软件构建气道支架3D模型,以热塑性聚氨酯弹性体为打印材料,熔融沉积3D打印制备挤出率和壁厚不同的气道支架,采用万能试验机测试其支撑力、压缩强度和压缩弹性缩量,对支架植入气道狭窄简化模型中的受力情况进行有限元仿真分析。随着径向压缩率增大,支架的压缩强度和径向支撑力呈上升趋势,压缩弹性模量呈现下降趋势;随着打印挤出率的增大,支架中丝材堆积更紧密,压缩弹性模量、压缩强度和径向支撑力均呈上升趋势。有限元仿真分析结果表明,随着壁厚增加,支架变形困难,产生的支撑力增大;随着狭窄率的增加,支架所受压迫力增大,应力集中与支架变形能力、气道狭窄情况密切有关。

TPU/β-榄香烯气道支架3D打印制备及药物释放测试

采用熔融沉积3D打印制备热塑性聚氨酯(TPU)气道支架并装载β-榄香烯,研究支架表面孔洞数量和打印挤出率对β-榄香烯释放行为的影响,探究超高效液相色谱法测试β-榄香烯方法。采用安捷伦C18柱,在流动相为乙腈-0.1%磷酸水溶液(93∶7)条件下测试β-榄香烯的分离度大于1.5,理论塔板数≥19000。打印挤出率不变时,支架表面孔洞越多,药物释放量越大,0孔洞、4孔洞、8孔洞支架的药物累计释放量分别为25.88%,31.02%和34.41%;但前期容易出现爆释,4孔洞和8孔洞支架持续释放时间≤6 d。支架表面0孔洞时,挤出率越大,药物释放速率越低,80%,100%,125%挤出率支架的药物累计释放量分别为67.76%,38.07%和26.08%。采用超高效液相色谱法可准确测试支架中β-榄香烯的释放速率,通过调整3D打印的挤出率可调控支架的药物释放行为,该研究可为载药支架的产品研发和临床应用提供指导。

基于接收温度调控的TPU熔体静电直写可控沉积

通过调控接收板温度,实现了热塑性聚氨酯材料的熔体静电直写制备。通过模拟发现,当纺丝距离为5 mm时,接收板温度升高后,纺丝区间内温度呈线性提高,有利于减缓射流的冷却速度。通过实验探究了不同接收板温度对熔体静电直写制备热塑性聚氨酯材料纤维直径、形貌、沉积精度以及三维网格形貌的影响。实验表明,当接收板温度为80℃时,平均纤维直径与40℃时相比,降低了27.7%;当接收板温度100℃时,纤维沉积误差与60℃时相比,降低了46.8%;当接收板温度为80~100℃时,能够制备稳定的三维纤维结构;当接收板温度为120℃时,射流无法凝固为纤维。