基于3D打印的双相磷酸钙胶原改性支架

背景:制作出类似天然骨成分和机械强度、表面活性良好且具有多孔结构的三维胶原/双相磷酸钙支架是骨组织工程研究的一个难点。目的:制备兼具高孔隙率、高机械强度和高表面生物活性的三维多孔骨组织支架。方法:以质量比为60∶40的羟基磷灰石与β-磷酸三钙为浆料,利用3D打印技术制备双相磷酸钙支架,高温烧结后,分别以0.5,1.0,1.5g/L的Ⅰ型胶原溶液对支架进行涂覆处理,制备胶原/双相磷酸钙支架,通过表观形貌、孔隙率、吸水率、机械性能测试筛选最佳Ⅰ型胶原溶液涂覆质量浓度,进行细胞实验。将大鼠骨髓间充质干细胞分别接种于双相磷酸钙支架与胶原/双相磷酸钙支架上,培养1,7d,Calcein-AM染色观察细胞活性;培养1,3,7d,Alamar Blue法检测细胞增殖。结果与结论:①当Ⅰ型胶原溶液涂覆质量浓度为0.5g/L时,胶原/双相磷酸钙支架具有良好的孔隙率与吸水率,抗压强度为(4.99±0.15)MPa,压缩模量为(95.24±0.57)MPa,符合天然松质骨的机械强度要求,细胞实验选择此涂覆质量浓度;②两种支架都支持骨髓间充质干细胞的生长,培养至7d时,细胞在胶原/双相磷酸钙支架表面已基本长满,大多呈梭形或星形,细胞伸展良好,排列紧密,在支架上黏附形成网状结构,但双相磷酸钙支架上还有部分区域无细胞黏附;③两组支架中培养1,3d的细胞增殖比较差异无显著性意义(P>0.05),胶原/双相磷酸钙支架上培养7d的细胞增殖快于双相磷酸钙支架(P<0.05);④结果表明在保证孔隙率、高机械强度的情况下,Ⅰ型胶原溶液涂覆可提高双相磷酸钙支架的生物活性。

善立良法才能善用科技

科技正日益成为人类社会发展的主要推动力。近代以来随着知识和技术积累到一定程度,科技发展开始以指数增长的方式快速增长,深度科技化的人类社会即将到来。基因工程、纳米技术、人工智能技术等前沿科技迅猛发展在给人类带来巨大福祉的同时,不断突破着人类的伦理底线和法律边界,科技发展可能将超过人类社会的理解和承受能力,接近“科技奇点”。

基于三维打印的磷酸三钙骨组织工程支架烧结工艺研究

磷酸三钙(TCP)是构建骨组织工程支架常用的生物陶瓷材料。三维(3D)打印的TCP支架具有精确可控的孔隙结构,但存在力学性能不足的问题。由于烧结工艺对生物陶瓷支架力学性能的影响至关重要,本文详细探讨了不同烧结温度对3D打印TCP支架的力学性能的影响,测试了不同烧结温度制备的支架的表观形貌、质量和体积收缩率、孔隙率、力学性能以及降解性能。结果表明,当烧结温度为1150℃时,晶粒生长充分、气孔最少,支架具有最大的体积收缩率、最小的孔隙率以及最优的力学性能,压缩模量和抗压强度可以分别达到(100.08±18.6)MPa和(6.52±0.84)MPa,能够满足人体松质骨力学强度的要求。此外,与其他烧结温度下制备的支架相比,1150℃下烧结制备的支架在酸性环境中降解最慢,进一步说明其在长期植入时具有更佳的力学稳定性。该支架可支持骨髓间充质干细胞(BMSCs)黏附和快速增殖,具有良好的生物相容性。综上,本文优化了3D打印TCP支架的烧结工艺,提高了其力学性能,为其作为承重骨的应用奠定了基础。