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。

光固化陶瓷坯体的增材制造与性能研究

为满足光固化增材制造陶瓷浆料的使用需求,对陶瓷粉体形貌进行了观察,考察了分散剂类型、固含量对陶瓷浆料表观黏度的影响,并对优化后的陶瓷浆料进行光固化成型。结果表明,陶瓷粉体分散较为均匀,粒径主要分布在200~500 nm,D50约为0.32μm。KOS110作为分散剂可以有效降低陶瓷浆料的表观黏度;在剪切速率为50s-1时,随着分散剂添加量从1%增加至8%,陶瓷浆料的表观黏度先减小后增加,在分散剂添加量为2%时取得最小值。在相同剪切速率下,陶瓷浆料的固含量体积分数越大,其表观黏度越大,适宜的陶瓷浆料的固含量应该在52%及以下。当扫描速度为1~10 m/s时,陶瓷浆料的固化深度都高于设计厚度(25μm),满足陶瓷浆料增材制造要求。

含氟涂料与光固化窝沟封闭剂的防龋效果观察

评估氟涂料与光固化窝沟封闭剂在预防儿童龋病方面的成效。方法 本研究选取了120名于2023年3月至2024年3月期间在本院牙科就医的儿童作为研究样本,分别对他们施以含氟涂料处理和光固化窝沟封闭的治疗。大约3000颗牙齿进行了窝沟封闭,而大约500位儿童进行了涂氟处理。运用随机化分配与双盲评定的方法对比两批口腔检测成果、龋齿发病频率的数据及相关生化指数。结果 与光固化窝沟封闭剂相较,含氟涂料在抵御龋病形成上展现了更加突出的功效。含氟组的龋病发作频率显然低于光固化组(P 值小于 0.05)。再者,含氟涂料组的牙齿硬度和酸蚀抵抗能力亦优于光固化窝沟封闭剂组。结论 在预防儿童龋病方面含氟漆料相较于光固化型窝沟封闭材料展现了更为卓越的成效。鉴于含氟涂层在增强牙齿耐酸性和减少龋病风险方面具有明显的益处,建议在口腔预防治疗中将其作为首选方案。后续的探究应当深入研究这两种物质在各个年龄层及多样口腔健康情况中的表现差异。

SiO_(2)含量对光固化3D打印SiC浆料及素坯性能的影响

光固化3D打印技术的出现为制备复杂结构SiC陶瓷零部件提供了新的技术方案,但SiC高吸光、高折射率的特性导致其出现打印难固化的共性问题。通过在SiC陶瓷基体粉末中加入低吸光度、低折射率的SiO_(2)作为填料以改善SiC陶瓷浆料的固化性能和打印精度。研究了不同SiO_(2)添加量对浆料流变性、稳定性和固化性的影响及其作用机理,利用光固化3D打印技术制备出了高精度、表面质量好的素坯,对素坯的微观结构和性能进行了测试分析。结果表明:在SiC浆料中添加SiO_(2)能降低浆料的黏度、改善浆料的稳定性、提高浆料的固化性能;SiO_(2)的添加显著改善了SiC素坯的表面粗糙度,使素坯的抗弯强度先增大后减小。

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。

具有抗紫外线功能的光固化涂料组合物的制备与性能研究

以羟基二苯甲酮、2-巯基苯并噁唑、芳基酰氯为原料,采用简单、温和的方法合成了新型二苯甲酮衍生物和含苯并噁唑的硫酯类衍生物,采用核磁氢谱1H NMR、核磁碳谱13C NMR和高分辨质谱HRMS等测试手段对目标化合物进行表征,并对其进行了光学性能测试,并用其制备了具有抗紫外线功能的光固化涂料。结果表明:两类衍生物能有效吸收220~350 nm的紫外光,与低聚物、单体相容性好,无气味。新合成的二苯甲酮衍生物作为光引发剂可使涂层固化时间大幅缩短到9 s,固化膜的外观、附着力和凝胶率相较于市售光引发剂BP有明显提高;硫酯类衍生物作为紫外吸收剂不仅能够增加光固化涂层的抗紫外线功能,且易于光固化涂料的制造、贮存。该组合物在罩面剂、油墨、胶黏剂等领域也有良好的应用前景。

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。

立体光固化技术在口腔修复领域的应用

随着计算机科学与口腔材料的发展,数字化技术正逐渐改变着口腔临床的工作方式。3D打印作为一种数字化加工方法,在修复体制作中发挥着重要作用,其基本工艺包括立体光固化、材料喷射、材料挤出等。其中基于立体光固化原理的桌面打印设备因打印精度高、成型速度快等优势在口腔临床工作中应用最为广泛。该文简要介绍了临床工作中使用的立体光固化技术原理、材料与打印机工作的流程,并对立体光固化打印技术在口腔修复领域的应用做一综述。

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。

基于光固化3D打印技术的陶瓷快速成形研究进展

光固化3D打印技术作为一种新型的陶瓷增材制造技术,为陶瓷零件的制备提供了新的方法,可以制备出高精度、高表面光洁度的复杂形状陶瓷零部件,已经受到了国内外广泛的关注。笔者主要介绍了光固化3D打印陶瓷技术的基本原理和发展现状,详细介绍了光固化3D打印技术在氧化铝、氧化锆和氮化硅的陶瓷材料领域的应用现状,并对今后陶瓷材料光固化3D打印技术的发展进行了展望。

光固化3D打印废物焚烧特性与动力学研究

随着新兴产业光固化3D打印技术的迅速发展,光固化3D打印废物(photocured waste,PCW)作为一种新型固废,可能会给环境带来新的挑战。目前PCW增长迅速但产量较低,没有针对性的回收处置方式,主要作为城市生活垃圾(municipal solid waste,MSW)的一部分进行处置。由于其热固性难降解特点,处置方式以焚烧为主,但PCW的焚烧特性尚不清晰。因此研究了PCW在焚烧过程热失重特性,应用Flynn Wall-Ozawa(FWO)、Starink和Kissinger-Akahira Sunose(KAS)3种动力学模型对PCW焚烧反应动力学模型进行计算。结合PCW随MSW处置现状,进一步对比PCW随MSW焚烧处置过程活化能变化,同时利用TG-FTIR对反应过程的分析结果进行验证。结果表明,KAS法和Starink法的结果相似,拟合效果均较好。PCW的焚烧过程主要分为4个阶段,活化能在210~400 kJ/mol,在高温下更容易发生分解。PCW随MSW焚烧前后热失重过程较为相似,主要分为2个阶段,在温度为440℃时活化能最高,反应最为困难。PCW随MSW焚烧会增加充分燃烧反应耗能,随着PCW产量不断增加,可能对MSW焚烧处置产生一定影响。随着光固化3D打印技术应用日益广泛,其废弃物的合理处置应得到关注。

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。

疏水侧链改性聚氨酯丙烯酸酯的制备及其在光固化金属涂层中的应用

为提升光固化金属涂层的防腐性能,以来源于生物基的δ-癸内酯(DL)为原料,首先合成了一系列带疏水侧链的聚癸内酯二元醇,然后与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和丙烯酸羟乙酯(HEA)制备了带有疏水侧链的聚氨酯丙烯酸酯,将其用于构筑光固化金属涂层。采用傅立叶变换红外光谱、核磁共振氢谱对其结构进行了表征,研究了聚癸内酯二元醇的化学结构、相对分子质量对所构筑的光固化涂层疏水性以及防腐性能的影响。结果表明:疏水侧链改性后,聚氨酯丙烯酸酯涂层在水中浸泡400 h的吸水率从3%下降至1.4%;在盐水中浸泡400 h的阻抗模值从2.7×10^(7)Ω·cm^(2)提升至1.1×10^(9)Ω·cm^(2);在盐雾环境中400 h仅出现轻微点蚀现象;可见疏水侧链改性的聚氨酯丙烯酸酯所构筑的涂层具有更高的耐水性和耐腐蚀性。