【摘 要】
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随着心血管疾病对人类威胁程度的日益加深,对血管支架的材料、制造方式和结构做更多研究变得迫在眉睫。大豆油基聚合物具有优异的生物相容性、良好的降解性和光固化加工性能,是很有前景的血管支架材料。光固化3D打印技术打印精度高且加工速度快,适用于复杂结构血管支架的个性化定制。负泊松比结构具有优异的弯曲性能和独特的压缩性能。因此,本文开展大豆油基形状记忆聚合物4D打印负泊松比结构血管支架及其力学性能研究,以期
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:轻质高强多胞金属微纳结构光/化复合可控制备及协同强化机制,No51875267,2019.01-2022.12; 江苏大学学生科研项目:磁响应形状记忆聚合物 4D 打印负泊松比结构血管支架的力学性能研究,No19A176,2020.02-2022.02;
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随着心血管疾病对人类威胁程度的日益加深,对血管支架的材料、制造方式和结构做更多研究变得迫在眉睫。大豆油基聚合物具有优异的生物相容性、良好的降解性和光固化加工性能,是很有前景的血管支架材料。光固化3D打印技术打印精度高且加工速度快,适用于复杂结构血管支架的个性化定制。负泊松比结构具有优异的弯曲性能和独特的压缩性能。因此,本文开展大豆油基形状记忆聚合物4D打印负泊松比结构血管支架及其力学性能研究,以期为血管支架的材料选择和制造方法提供新的思路。首先,使用环氧大豆油丙烯酸酯(AESO)、甲基丙烯酸异冰片酯(IBOMA)和苯基双2,4,6-三甲基苯甲酰基氧化(Irgacure 819)制备了可光固化的形状记忆树脂。对材料进行了一系列性能表征,研究IBOMA含量变化对材料物理化学性能的影响。结果表明随着IBOMA含量的增加,材料的玻璃化转变温度、储能模量、拉伸强度和弹性模量都大幅增加,但断裂伸长率下降。通过拉伸-卸载和折叠-展开测试研究了IBOMA含量对材料形状记忆性能的影响。结果表明,随着IBOMA含量的增加,材料的形状固定率上升,形状回复率下降,回复时间增加。设计了正交试验,研究形变温度、回复温度和打印层厚对4D打印样件形状记忆性能的影响,得到试验因素的最优组合。接着,设计了内凹六边形负泊松比结构血管支架,通过正交试验对具有不同内凹六边形负泊松比单胞结构参数的支架进行了静力学仿真分析。研究了具有不同负泊松比单胞结构参数支架的轴向短缩性、径向支撑性和柔顺性,完成了负泊松比单胞结构参数的优化,分别确定了轴向短缩性、径向支撑性及柔顺性的最佳负泊松比单胞结构参数组合。进行了支架、血管和血液的流固耦合分析,研究了植入支架对血液流动可能造成的影响。分析表明,血管支架的植入会使血液在支架位置的流速降低,可能会造成支架内再狭窄。最后,采用平面压缩法和三点弯曲法分别测量了血管支架的径向支撑性能和柔顺性能,分析了血管支架的直径和厚度对血管支架径向支撑和柔顺性能的影响。结果表明,随着血管支架直径的增加,血管支架的径向支撑性能和柔顺性能都降低;随着血管支架壁厚的增加支架的径向支撑性能增加,但柔顺性能下降。在热水中对4D打印负泊松比结构血管支架进行了形状记忆实验,结果表明,所有支架的长度回复率在90%以上,直径回复率在80%以上,且都能在20 s之内完成形状回复。随着血管支架直径和厚度的增加,血管支架的直径回复率和长度回复率都降低且回复时间增加。
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