生物材料的生物制造成形方法

采用生物制造方法获取人工器官是取代同种和异种器官移植以及机电式人工器官植入的极具发展潜力的方法.生物医学信息是生物制造的生理和几何基础,而生物材料是生物制造的物质基础.文中从生物材料成形方法学角度,对常见生物材料的成形和应用进行了归纳和对比.指出生物制造技术是获取具有复杂空间结构和生物功能支架、组织前体的最具希望的方法.

喉关节的建模及数值模拟研究

运用MIMICS软件对喉关节进行个性化三维数字模型重建,并对重建喉模型进行有限元分析。为后续对喉关节进行针对结构特点的细化建模、材料遴选和具有关节的人工喉软骨支架的生物3 D打印提供必要依据。导入CT图像到MIMICS软件,对281层、层间距为1.25 mm的CT螺旋扫描图像进行图像去噪、分割和平滑处理,创建三维模型,对三维模型进行修复,得到完整、精确、清晰的喉关节三维模型。然后使用ANSYS有限元分析软件进行分析。验证主要还是通过与原始层片的比对。人体所有组织的灰度值都不相同,这个灰度在MIMICS中主要是阈值范围体现出来的。利用MIMICS软件不断试验找到喉关节的阈值范围,提取喉关节大概模型轮廓,此时的三维模型和真实人体喉关节外形结构差距比较大,所以需要利用各种方法不断对其相关处理,生成一个和人体喉关节结构相似的三维模型。获得了高精度的喉关节的三维模型,建立了三维坐标系下的可以从任意角度观察的健康人喉关节三维重建生物医学模型和三维有限元模型。该模型在外边轮廓上与真实喉关节具有较好的几何相似性,在喉发声上喉软骨和喉关节相互作用与真实喉关节具有很好的力学相似性。

修复脊髓损伤的组织工程多孔支架的实验研究

目的研究一种用于修复脊髓损伤的组织工程多孔支架。方法采用聚乳酸-基乙酸共聚物[poly(latic-co-glycolic acid),PLGA]作为脊髓支架材料,通过低温快速成形工艺和致孔剂浸出工艺,制备了孔径在300～500μm,大孔相互贯通的脊髓支架,然后将雪旺氏细胞种植在此支架材料上研究该支架的生物相容性。结果成型支架的宏观孔隙圆润、规则;包含大量无规则的微孔结构,孔隙的贯通性良好,支架平均孔隙率达89.92%;并具有较好的力学性能。生物学观察显示雪旺氏细胞在PLGA支架上生长迅速,繁殖能力强。结论该支架具有良好的生物相容性和生物活性,可以作为修复脊髓损伤的支架。

桑蚕丝低温成形组织工程支架的研究

组织工程学是材料学、工程学和生命科学共同发展并相互融合的产物，其基本思路是在体外分离、培养细胞，将一定量的细胞接种到具有一定空间结构的支架卜，通过细胞之间的相互黏附、生长繁殖、分泌细胞外基质，从而形成具有一定结构和功能的组织或器官。组织工程的主要步骤为培养增殖目标组织细胞，将高浓度的细胞种植于支架材料上，在支架材料上培养、扩增种子细胞，把体外构建的组织植入患者体内，随着生物支架材料的逐渐降解和吸收，细胞不断增殖并分泌细胞外基质，最终形成具有正常结构与功能的活体组织。支架材料作为组织工程研究的人工细胞外基质，是组织工程研究的一个重要的方面，它为细胞的附着、生长、繁殖、新陈代谢、新组织的形成提供支持。

人工活性骨制造的挤出成形工艺

人工活性骨制造是快速成形技术在医学领域里的重要应用之一。骨组织外部结构的不规则性及内部结构的特殊性,使常见成形手段难以满足人工活性骨的制造要求。而成形任意复杂结构正是熔融挤压成形工艺的基本功能。但由于骨组织的复杂性,使成形精度的提高还存在诸多问题。该文讨论了扫描速度、挤出速度与成形精度的关系,并就如何提高成形精度进行了讨论。

明胶/海藻酸钠/丝素蛋白/壳聚糖类软骨支架研究

为解决天然软骨的内部结构和成分分布存在差异化的问题,设计了一种更贴近天然软骨层状结构及性能的组织工程支架。首先,对软骨细胞外基质的两种主要成分在软骨层状结构中的梯度变化进行模拟。其次,设计一种基于海藻酸钠和明胶的离子低温双交联体系,通过改变壳聚糖和丝素蛋白的组合比例对梯度比例墨水进行性能调节。最后采用3D打印技术进行支架内部结构和外部形态的构建,并对其相关性能进行了表征。得到了一种不仅能够模拟软骨梯度特征,并且各项功能优异的组织工程支架。

脊髓损伤的PLGA低温成形组织工程支架修复

组织工程的迅速兴起给脊髓损伤后的神经功能恢复带来了新的希望,而三维结构组织工程支架成为用组织工程方法治疗脊髓损伤的关键因素。尝试采用PLGA低温成形支架修复脊髓损伤。采用PLGA作为生物支架材料,通过低温快速成形工艺制备脊髓支架,采用雪旺细胞进行细胞培养实验,选用30只SD大鼠分组进行支架修复脊髓损伤的动物实验,并对实验结果进行组织切片和染色表征。对支架的各项性能进行表征后,结果表明支架的平均孔隙率达到87.64%,具有良好的亲水性。支架降解速率表现出前期慢、后期加快的趋势,实验中支架在前16周表现良好的稳定性,从20周起逐步加快。各项性能能满足组织工程脊髓支架的要求。观察显示,雪旺细胞在PLGA支架上生长、增殖情况良好,支架细胞相容性良好,适合细胞黏附和生长。BBB评分显示,实验组大鼠截瘫情况从第4周起有好转迹象,受伤大鼠后肢观察到轻微活动迹象。不同切片染色观察结果表明,该组织工程支架对于脊髓损伤修复均有不同程度的促进,在阻碍胶质癜痕生成、促进神经纤维及髓鞘愈合方面取得不同程度的效果。观察表明,该方法能够在脊髓损伤修复中取得实质性的治疗效果。

甲状软骨成形术的三维有限元仿真模拟

运用Mimics医学重构软件,对喉的甲状软骨进行三维重建,研究不同的支架材料对甲状软骨成形术当中开窗部位的影响,为接下来人工软骨支架的材料遴选和制备提供理论依据。首先将标准DICOM格式的CT图像导入到Mimics10.1医学三维重建软件中,进行图像的去噪、分割和区域生长等处理,建立起甲状软骨的三维模型;然后将生成的几何模型导入到逆向工程软件Geomagic Studio12.0中,对三维模型进行曲面拟合,建立NURBS曲面实体模型,再通过Geomagic Studio软件中的CAD模块,完成甲状软骨的开窗和支架的植入;最后在ANSYS Workbench14.0中对不同支架的修复情况进行数值模拟,比较修复过后的甲状软骨的生物力学性质。最终建立的三维实体模型外形轮廓上与真实甲状软骨具有较好的几何相似性,开窗的部位和大小与临床上保持一致。软骨模拟受力过程也和术后进行效果评价方法在力学性能上相类似。数值模拟阶段的结果为临床上开窗部位的固定和修复材料的筛选提供依据。

FDM成型机原型精度控制

在熔融沉积成型过程中,原型精度受众多因素的影响。分析成型机喷头的结构,建立送丝速度与喷头扫描速度的数学模型,求得成型质量良好状况下对丝材需求量的理想值。在加工过程中,以此量为标准严格地控制丝料压入喷头的速度,在环境因素和参数固定的前提下,会得到较高成型精度的制件。