光固化水凝胶负载骨髓间充质干细胞修复大鼠颅骨缺损

目的探讨新型甲基丙烯酸酐化明胶(gelatin methacryloyl,GelMA)/骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)复合水凝胶应用于大鼠颅骨缺损区的成骨性能,为骨再生生物材料的应用提供实验依据。方法本研究经南京大学动物伦理委员会批准。通过组合光引发剂苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂[lthium phenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphinate,LAP]、GelMA、BMSCs构建光固化复合生物水凝胶GelMA/BMSCs,扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)和能量色散X射线光谱仪(energy disper-sive X-ray spectroscopy,EDX)检测GelMA凝胶表面微观形态及元素构成,电子万能试验机测试凝胶压缩强度。将GelMA/BMSCs水凝胶在体外培养1、2、5 d后,通过CCK-8检测水凝胶包封的BMSCs细胞增殖活性,利用共聚焦显微成像技术观察其存活情况和细胞形态;在大鼠颅骨制备5 mm临界骨缺模型,经复合水凝胶治疗的为GelMA/BMSCs组,不做任何处理的为对照组。分别于术后第4、8周拍摄Micro-CT测算骨缺损面积和新生骨指标,第8周处死大鼠取缺损区颅骨样本进行H&E染色、Van Gieson染色和Goldner染色评价新生骨的质量。结果SEM观察到固化的GelMA内部呈现3D海绵状大孔凝胶网络,大孔形貌均匀,孔隙率为73.41%,孔径为(28.75±7.13)μm;EDX结果显示C和O均匀分布在水凝胶的网状大孔结构上;水凝胶压缩强度为152 kPa,GelMA/BMSCs培养第5天,镜下细胞形态铺展,从卵圆形变为梭形,CCK-8检测结果显示细胞增殖159.4%。术后第4周,Micro-CT三维重建图像显示对照组的骨缺损范围未见明显缩小,GelMA/BMSCs组骨缺损内部可见大量新骨生成;术后第8周,对照组骨缺损仍无明显变化,仅可见少量新生骨,GelMA/BMSCs组颅骨缺损基本愈合;第4周与第8周的定量分析发现,GelMA/BMSCs组大鼠颅骨缺损处新生骨量(new bone vol-ume,BV)、骨体积分数(new bone volume/total bone volume,BV/TV)、骨表面积(bone surface,BS)、骨表面积组织体积比(bone surface/total bone volume,BS/TV)均优于对照组(P<0.05)。第8周组织学染色结果显示GelMA/BMSCs组骨缺损处形成连续且致密的骨组织,而对照组仅在缺损边缘可见少量不连续新骨生成,缺损处主要为纤维结缔组织。结论光固化水凝胶的干细胞疗法具有良好生物安全性,在诱导大鼠颅骨缺损区新骨形成的同时促进骨成熟,具有潜在的临床转化前景。

负载纳米钽的液晶显示光固化聚乳酸支架制备及促成骨性能

背景:聚乳酸因具有良好的生物相容性和可控的降解速率在生物医学工程中得到了广泛应用,然而存在机械强度低和生物活性不足等缺陷,限制了其在骨组织工程中的进一步应用。目的:构建聚乳酸/聚多巴胺/钽(PLA/PDA/Ta)骨组织工程支架,探究其生物安全性和体外促成骨性能。方法:利用液晶显示光固化技术制备具有多孔结构的聚乳酸(PLA)支架,将PLA支架分别浸泡在多巴胺溶液与多巴胺-纳米钽混合溶液中分别制备聚乳酸/聚多巴胺(PLA/PDA)支架、PLA/PDA/Ta支架,表征支架的微观形貌与水接触角。将MC3T3-E1细胞分别与PLA、PLA/PDA、PLA/PDA/Ta支架共培养,进行CCK-8检测与活/死细胞染色;成骨诱导分化后,进行碱性磷酸酶、茜素红染色及成骨基因检测。结果与结论:①扫描电镜下可见3种支架均具有互连的多孔三维结构,平均孔径为200μm;PLA/PDA/Ta支架的水接触角低于PLA、PLA/PDA支架(P<0.05);②CCK-8检测显示,相较于PLA、PLA/PDA支架,PLA/PDA/Ta支架可促进细胞的增殖(P<0.05);活/死细胞染色显示3组细胞增殖良好;③碱性磷酸酶与茜素红染色显示,相较于PLA、PLA/PDA支架,PLA/PDA/Ta支架可促进细胞碱性磷酸酶的表达与矿化结节形成;RT-qPCR检测显示,相较于PLA、PLA/PDA支架,PLA/PDA/Ta支架可促进细胞骨形态发生蛋白、Runx-2及Ⅰ型胶原mRNA的表达(P<0.05,P<0.01);④结果表明,PLA/PDA/Ta支架具有优异的促细胞增殖与成骨活性。

光固化3D打印SiC:粉体氧化处理提升浆料UV固化性能

为了进行碳化硅(SiC)的光固化3D打印,本文提出采用表面氧化处理提升SiC浆料的光固化性能。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱等研究了SiC颗粒的氧化过程以及氧化温度与保温时间对氧化过程的影响;采用动态流变仪、紫外分光光度计、数字千分尺等研究了浆料的流变性能和光固化性能。结果表明:经表面氧化处理后的SiC颗粒紫外反射率有显著的提高,最高为48.11%,为未氧化SiC颗粒的1.8倍;配制的浆料光固化性能有明显的改善,曝光5 s时固化厚度最高为76μm,为未氧化的3.6倍。随着氧化温度的上升以及保温时间的延长,氧化层厚度持续增长,最高达到144.8 nm。考虑到过度氧化不利于后续SiC陶瓷的烧结成型,最终选择使用1100℃保温3.0 h的氧化SiC粉末,并以1%(质量分数)的KOS163为SiC浆料的分散剂,制备了固含量为45%(体积分数)的SiC浆料,成功实现了SiC陶瓷坯体的光固化3D打印。

紫外光固化丙烯酸酯树脂的研究与应用进展

UV光固化凭借其快速固化、无污染、低能耗等优势在3D打印、涂料等领域被广泛应用。丙烯酸酯类低聚物是目前用量最大、应用最广的自由基光固化低聚物,综述了丙烯酸酯类低聚物的研究进展,主要包括环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯四类,以及光固化树脂在3D打印、油墨、涂料、胶粘剂领域的应用进展。针对自由基光固化的不足对光固化树脂未来的研究进行了展望。

光固化3D打印技术制备氮化硅陶瓷研究进展

氮化硅陶瓷(Si_(3)N4)具有硬度高、耐磨性好、生物相容性好等优点,因此通过增材制造手段制备复杂形状的Si_(3)N4陶瓷是近几年的研究热点,通过数字光处理成型技术(DLP)可以快速制备传统手段难以制备的复杂形状陶瓷,成型精度高、成型效率快且极具个性化。分别从Si_(3)N4陶瓷浆料的制备、光固化特性以及素坯的烧结工艺等方面进行分析,详细阐述了DLP光固化制备Si_(3)N4陶瓷的研究现状,并对其发展趋势进行展望。

兼具自修复和自消光性能的光固化聚氨酯涂层的制备与性能研究

采用联苯型双马来酰亚胺和糠醇合成了含Diels-Alder(DA)结构的联苯型二元醇,然后利用该二元醇与异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃及丙烯酸羟乙酯为原料制备了光固化自修复聚氨酯树脂,利用FT-IR和1H NMR对产物结构进行了表征,并测定了树脂光固化过程中的双键转化率,研究了DA二元醇用量对涂层性能的影响。结果表明:DA含量越大,涂层微相分离越明显,自消光效果越好,且涂层的自修复效果越显著,涂层修复后表面粗糙程度增大,光泽下降,涂层在修复3~4次后光泽趋于稳定。此外,随着DA含量的增加,涂层的玻璃化转变温度(T_(g))增大,且出现了2个T_(g)。当聚四氢呋喃与DA二元醇物质的量比为0.75∶1.25时,涂层兼具良好的自消光和自修复性能,损伤涂层经150℃修复后,划痕基本修复,光泽由初始光泽18.6下降至9.8,经3~4次修复后光泽稳定在4.5左右。

聚乙二醇改性水性环氧丙烯酸酯的合成及其光固化动力学研究

为克服水性环氧丙烯酸酯脆性高的缺点,首先采用不同相对分子质量的聚乙二醇(PEG)对环氧树脂E51进行柔韧性改性,生成低黏度环氧树脂,将其与丙烯酸反应,得到低黏度环氧丙烯酸酯树脂,再引入丁二酸酐基团,然后用三乙胺中和成盐,加水乳化,合成了PEG改性水性环氧丙烯酸酯(PEG-WEA)乳液;将PEG-WEA乳液涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材上。通过傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)和凝胶渗透色谱仪(GPC)表征PEG改性环氧树脂,探究PEG相对分子质量对PEG-WEA乳液粒径、光固化动力学行为、光固化膜热稳定性、力学性能以及涂层性能的影响。结果表明:PEG相对分子质量为600时,制得的PEG-WEA乳液粒径最小(77.96 nm),双键转化率得到提升,光固化膜热稳定性良好且呈现良好的韧性断裂特征,断裂伸长率提高7.54%,同时固化后涂层硬度达3H,柔韧性1 mm,附着力2级。

氮化硅陶瓷光固化3D打印成形研究进展

与其他增材制造技术相比,光固化3D打印成形技术制备结构复杂、致密度高、表面精度高的陶瓷具有独特的优势,并逐步成为陶瓷增材制造领域的研究热点。然而,氮化硅陶瓷的高折射率和高吸光度等特征导致光固化成形困难,限制了其发展和应用。本文分别从光固化氮化硅陶瓷的浆料流变性能以及固化性能进行分析,总结归纳出氮化硅浆料在流变性能和固化性能方面面临的问题,进一步汇总了提升氮化硅陶瓷浆料光固化性能的研究工作,并对粉体改性、调控树脂组成等几种方法进行分析与探讨。最后,对氮化硅陶瓷光固化3D打印的未来发展趋势和方向进行了详细阐述。

单体种类对光固化增材制造5052铝合金的影响

针对光固化增材制造5052铝合金时存在的浆料不稳定、烧结体密度偏低和碳残留量较高等问题,研究了树脂单体种类对铝合金光固化增材制造的影响。结果表明,单体种类对光固化增材制造5052铝合金的成型工艺和烧结体性能具有重要影响。采用单体TMPTA或PEG400DA的铝浆黏度大于30 Pa·s,沉降时间大于120 h,成型的铝合金坯体结构完整但表面孔洞较多;采用单体PEG200DA或HDDA的铝浆黏度低于30 Pa·s,但沉降时间小于16 h,成型的铝合金坯体表面无孔洞但结构易残缺;采用单体PS-PCL的铝浆黏度低于30 Pa·s且稳定不易沉降,坯体表面无孔洞且结构完整。采用优选单体PS-PCL制备固含量55%铝浆,打印成型并烧结后,其相对密度大于95%,碳残留量相对较低(0.259 17%),断口烧结颈明显,硬度相对较高(29.94HV)。

光固化环氧丙烯酸酯体系优化与性能研究

以己二醇二丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯作为复合活性稀释剂,1-羟基环己基苯基甲酮和双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦作为复合光引发剂,优化低聚物用量、复配稀释剂配比及用量、复配光引发剂配比及用量等因素,获得固化速率快、黏度低并且力学性能优良的光固化环氧丙烯酸体系,并研究其性能。结果表明:当EA用含量为60%,复合稀释剂TPGDA与HDDA比值为8∶2,用量为35%,复合光引发剂184与TPO比值为4∶6,用量为4.5%时,光固化体系树脂的综合性能最优异,拉伸强度为33.42MPa,断裂伸长率为14.5%,冲击强度为2.41kJ/m^(2),其起始分解温度为322.61℃、最大分解速率温度为383.18℃、质量损失50%时的温度为392.4℃、最终的残余率为4.54%,通过拉伸断面微观形貌分析其为典型的脆性断裂。

WC-Ni基硬质合金的光固化增材制造

采用光固化增材制造(3D打印)技术制备WC-Ni基硬质合金,研究了浆料配比和增材制造工艺参数对浆料流变性能和固化性能的影响以及WC-Ni基硬质合金的性能。结果表明:当浆料固含量为40%(体积分数)、分散剂为ZN-1344且加入量为粉体质量的2%时,WC-Ni浆料的流变性能满足增材制造工艺需求,当剪切速率为100 s^(-1)时,浆料黏度为2.718 Pa·s;该浆料的最大单层固化厚度可达144μm,对应工艺参数为0.01 mm线间距、90%激光功率和2 000 mm/s扫描速度;采用响应曲面法拟合数据获得的浆料单层固化厚度计算模型,计算值与实际值误差为3.4%,可起理论预测作用;光固化增材制造WC-15%Ni硬质合金的密度和相对密度最高,分别为13.51 g/cm^(3)和96.5%,加入1%晶粒长大抑制剂Cr_(3)C_(2)后,硬质合金维氏硬度显著提高,达到945 HV_(30),接近同等Ni含量但不含有Cr_(3)C_(2)的传统硬质合金硬度。

纳米复合树脂和光固化复合树脂材料在前牙缺损修复中的美学效果及咀嚼功能对比

目的:对比分析纳米复合树脂和光固化复合树脂材料用于前牙美容修复中的应用价值及对修复效果、咀嚼功能的影响。方法:选取2020年2月-2022年2月于笔者医院接受前牙美容修复治疗的80例患者(共186颗患牙)为研究对象,根据随机数字表法将入组患者分为观察组和对照组,各40例。对照组给予光固化复合树脂修复,观察组给予纳米复合树脂材料修复,观察两组前牙修复的优良率,对比治疗前后牙周指标及咀嚼功能的变化。结果:治疗后,观察组前牙修复总优良率明显高于对照组(P<0.05);治疗后两组牙龈指数、龈沟出血指数、菌斑指数、牙松动程度、咬合力、咀嚼效率均得到较大改善(P<0.05),且观察组改善程度均优于对照组(P<0.05)。结论:纳米复合树脂和光固化复合树脂材料在前牙美容修复中均可发挥较好的临床效果,但前者优势更大,修复效果较光固化树脂更佳,不仅能改善牙龈健康状况,还能促进咀嚼功能提升,对于术后尽快恢复也具有积极意义。

基于熔模铸造的DLP光固化增材制造装备的研制

文章将DLP光固化成型技术与熔模铸造工艺相结合,研制了适用于陶瓷浆料打印的光固化增材制造装备。以实现DLP光固化成型工艺参数:曝光时间、曝光层厚及曝光强度等为设计出发点,合理设计光固化打印机的选型及零部件布置,验证最佳工艺参数,确定了设备最佳曝光时间为30~35 s;最佳打印曝光层厚为0.1 mm。

面成型光固化3D打印制件成型精度优化

针对面成型光固化工艺存在制件尺寸收缩、翘曲变形等成型精度问题,制作尺寸为60 mm×60 mm×20 mm的样件,以分层厚度、建模样式和构建角度为试验因素,以制件的尺寸、圆度和平面度为试验指标,采用正交试验法分析各试验因素对制件成型精度的影响规律。结果表明,建模样式是影响尺寸精度的最主要因素,构建角度是影响几何形状精度的最主要因素。总体而言,随着打印层厚的增加,成型误差逐渐增大;随着建模样式由粗略(Draft)到精细(Premium),成型误差逐渐降低;随着构建角度的增大,成型误差先降低后增大。通过极差分析法,确定最佳工艺参数组合为打印层厚30μm、建模样式Premium、构建角度15°。经试验验证,优化后的工艺参数提高了面成型光固化三维(3D)打印制件的成型精度。

熔融石英陶瓷浆料流变性能与光固化成型精度研究

由于熔融石英的高透光性,陶瓷浆料光固化成型过程中存在严重的过固化现象。为了消除这种过固化现象,并提高成型精度与性能,需要制备出高吸光度、低黏度的熔融石英陶瓷浆料。通过对熔融石英粉末的改性以及分散剂BYK-9076的含量调控改善浆料黏度,并且添加了高强度、高紫外光吸收率以及能够抑制熔融石英高温结晶的B_(4)C颗粒,实现了熔融石英陶瓷浆料的综合优化。结果表明,添加4 wt.%分散剂的浆料黏度比未加分散剂的浆料降低了93%,并用其制备出了固含量57 vol.%的低黏度熔融石英陶瓷浆料。当B_(4)C含量为2.5 wt.%、曝光时间为5 s时,固化深度从1325μm降低至230μm,并且此时固化片在X、Y方向上拥有最优的精度,均为0.01 mm。

原位光固化Li-13X基复合固态电解质的制备及性能研究

固态锂金属电池因其高能量密度和安全性,被认为是最有潜力取代传统锂离子电池的储能设备.离子液体修饰的多孔材料具有自身界面相容性和较高离子电导率等优点,渐渐成为固体电解质领域中的热点材料.文中首先对Na-13X型分子筛进行锂化处理,然后再填充锂离子液体后形成Li-IL@Li-13X导体.Li-13X丰富的路易斯酸性位点能够固定离子液体中的TFSI~-阴离子,其骨架结构可作为离子传输通道增加自由迁移的锂离子量.将Li-IL@Li-13X加入到光聚合物胶中,利用光固化技术得到了Li-IL@Li-13X基复合固态电解质.具有最佳锂离子液体含量的复合固态电解质在45℃、0.1 mA·cm^(-2)电流密度时可以稳定电镀-剥离1 400 h,证明该电解质具有良好的抑制锂枝晶能力.此外,通过原位工艺将该复合固态电解质固化在正极上,可以解决固固界面的接触问题,在400次循环后的容量保持率高达91.3%.本工作验证了分子筛与离子液体相结合作为一种导体材料可以用于原位光固化领域,为制备新型固态电解质提供了一种新思路.

间接法Geramage聚合瓷贴面与直接法光固化树脂在活髓前牙美容修复中的疗效对比

目的:探讨间接法Geramage聚合瓷贴面修复体与直接法光固化树脂贴面修复在活髓前牙美容中的应用效果差异。方法:选取2018年6-2021年6月就诊于笔者医院拟实施活髓前牙美容的患者100例(240颗患牙),采用随机数字表法分为研究组和对照组各50例,研究组采用间接法Geramage聚合瓷贴面修复体修复,对照组采用直接法光固化树脂贴面修复,对比两组修复后的菌斑指数(Plaque index,PI)、牙龈指数(Gingival index,GI)、龈沟探诊深度(Probing depth,PD)、龈沟液中白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、修复体美学效果。结果:修复后3个月复查,研究组的PI、GI、PD值均显著小于对照组,差异均具有统计学意义(P<0.05);治疗前,研究组和对照组的龈沟液中IL-1β、TNF-α水平差异均无统计学意义(P>0.05);治疗后3个月,研究组的龈沟液中IL-1β、TNF-α水平显著低于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);治疗后12个月,研究组的修复体边缘染色、修复体与邻牙颜色匹配度、修复体边缘适合性达到A级达标率高于对照组(P<0.05),研究组和对照组的修复体完整度、基牙敏感程度及牙髓状态达标率差异无统计学意义(P>0.05)。结论:间接法Geramage聚合瓷贴面修复体在活髓前牙美容中的效果优于直接法光固化树脂贴面修复,且对牙周组织的健康影响更小。

氧化钙改性三聚磷酸铝在光固化防腐蚀涂料中的应用研究

本文将环氧树脂和丙烯酸酯树脂作为成膜树脂,依次采用紫外光固化和热固化工艺,将氧化钙改性的三聚磷酸铝作为防腐蚀颜料,在马口铁板表面制作了防腐蚀涂层。研究发现,改性三聚磷酸铝用量为15%时,涂层的物理性能有明显降低。Tafel极化法进一步证明,涂料的防腐蚀性能随着改性三聚磷酸铝用量的增加而提高。用超景深显微镜可观察到,改性后的颜料仍然维持三聚磷酸铝的片状形态。DSC热分析结果表明,采用先紫外光固化再热固化的工艺是合适的。

甲基丙烯酸苹果酸酯光固化树脂的制备及性能

相比于传统的热固性树脂,光固化树脂是一种分子量较低的感光树脂,可在紫外光照射下迅速发生物理和化学变化,具有能源利用率高、固化放热低的特点。因此提出了一种甲基丙烯酸苹果酸酯光固化树脂的制备方法,利用DL-苹果酸多官能团的优点将甲基丙烯酸接枝在树脂的侧链,并研究了DL-苹果酸不同含量对树脂性能的影响。合成的树脂在侧链含有不饱和双键,树脂添加光引发剂后在光照下可以短时间内固化。由于苹果酸在架构上与丁二酸相接近,所以合成的树脂具有优异的力学性能,断裂伸长率可达38.52%,断裂强度可达19.25 MPa,是一种性能优异的光固化树脂。