含血管网人工肾器官生物3D打印成型工艺与实验研究

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在临床领域,由于器官捐献来源数量较少以及事故和疾病等原因造成对各种再生组织和器官的需求日益增加,在体外制造具有生物相容性的再生组织和器官成为了当今社会广泛关注的重要领域。而器官内部的血管网络是保证组织和器官内细胞存活以及组织成功修复的基础,这就要求血管网络具有足够的力学性能和渗透性能。因此,如何在体外组织和器官内构建模拟人体自然血管网络,采用组织工程的手段制造出具有复杂三维血管网络的生物器官,促进组织体外的培养,提高组织修复的效率,已成为国内外学者亟待解决的一大难题。针对上述问题,本文利用反应流直写成型技术,搭建软、硬件结合的实验平台:设计制造半柔性同轴打印喷头,实现原有三轴运动系统与双挤出系统的整合;对肾器官血管网络进行分层简化设计,通过Visual Studio Code软件编辑简化后的血管网络轨迹生成界面,根据编辑的网络轨迹生成打印系统可识别的G代码,经由上位机读取代码协同控制实验平台动作,使得挤出的海藻酸盐水凝胶中空纤维按照预设的网络轨迹进行铺设,成功制备出不同的网络轨迹。在制备海藻酸盐水凝胶中空纤维方面,为了能够提高海藻酸盐水凝胶中空纤维的生物性能,在交联剂中添加IPA成分,通过界面极性的变化,制备不同极性的中空纤维。通过观测不同混合比例交联剂制备的中空纤维形貌特征和机械强度,研究界面极性对中空纤维结构尺寸(直径、壁厚)、弹性模量和渗透效果的影响。为解决分叉血管网络难以打印问题,采用不同型号的内、外针头进行配合,制造出不同直径的中空纤维,分别作为主、分叉血管,使用氯化铁使中空纤维端口保持中空形状,进行结合;为获得含血管网的人工肾器官模型,根据肾器官大小、外表形状,通过Creo绘制肾器官模具,利用明胶作为人工肾器官基质,将规划好的网络轨迹包埋在人工肾器官中,设计体外循环渗透系统,模拟中空纤维在肾器官环境内渗透实验,对六种不同界面极性的中空纤维进行渗透分析;对包埋在人工肾器官中的血管网络进行渗透观测。图49幅,表5个,参考文献92篇。
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