【摘 要】
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挤出式生物3D打印技术因其打印灵活性好、快速方便、易于操作等特点,在构建仿生复杂多级结构方面表现出极大的优势。然而因其“墨水挤出-微丝成型-3D结构稳固”的打印要求,对墨水材料要求苛刻,因此开发满足挤压型打印系统要求并兼具优异生物相容性的墨水体系成为了该技术领域的研究重点和难点。丝素蛋白（SF）因其优异的生物特性,并且来源丰富、易于制造加工成为了挤出打印墨水绝佳的候选者。然而,未经处理的SF水凝胶
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挤出式生物3D打印技术因其打印灵活性好、快速方便、易于操作等特点,在构建仿生复杂多级结构方面表现出极大的优势。然而因其“墨水挤出-微丝成型-3D结构稳固”的打印要求,对墨水材料要求苛刻,因此开发满足挤压型打印系统要求并兼具优异生物相容性的墨水体系成为了该技术领域的研究重点和难点。丝素蛋白（SF）因其优异的生物特性,并且来源丰富、易于制造加工成为了挤出打印墨水绝佳的候选者。然而,未经处理的SF水凝胶较差的可打印性和形状保真度,使其无法实现预期的打印效果,极大限制了其在该领域中的应用。本论文针对SF水凝胶难以实现挤出打印的问题,系统研究了调控SF凝胶墨水流变性质的关键因素和调控规律,优化墨水的可打印性与形状保真度,开发和制备了一种新型的纯SF凝胶墨水材料,充分保留SF优异的生物相容性,为挤出式生物3D打印墨水的开发提供了新的研究思路和解决方案。主要研究结果如下:（1）通过诱导SF纳米纤维自组装,调控SF凝胶过程,可控制备SF纳米纤维水凝胶Soft gel。研究结果表明,所制备的SF水凝胶Soft gel具有典型的剪切变稀行为,进行挤出3D打印时可被顺利挤出,但是由于SF浓度较低,零剪切黏度较低,凝胶出丝后无法保持成型。（2）通过精确控制凝胶破碎化过程,实现对SF微凝胶墨水可打印性和形状保真性的优化,可控制备了可以满足挤出打印要求的SF微凝胶墨水（Micro gel）。通过乙醇浸泡干燥后处理方法,增强3D结构体在溶液中的稳定性和力学性能,并可促使3D结构体保持完整均匀收缩,获得小于打印针头直径的细丝单位结构,一定程度上提高挤出打印分辨率。（3）系统考察了 SF浓度和破碎时间对Micro gel墨水流变性能、可挤出性、微丝形成性和微丝堆叠构建3D结构体的影响。研究结果表明,凝胶破碎化处理对优化SF墨水的可打印性和形状保真性的关键作用,并获得最佳工艺参数:SF浓度为6 wt%,凝胶破碎时间为40 min。该条件获得的Micro gel墨水具有典型的剪切变稀行为,适当的零剪切黏度和屈服强度,以及良好的触变性,在进行挤出打印时呈现出良好的可打印性和形状保真度,可实现特定3D结构的挤出打印。（4）通过引入丝素蛋白浓缩溶液CSF增强Micro gel墨水中微凝胶之间相互作用,成功制备了具有优异可打印性和形状保真性的CSF/Micro-gel挤出3D打印墨水。研究结果表明,质量比为1:1的CSF/Micro-gel凝胶墨水所打印结构表现出优异的自支撑性和较高的打印分辨率,并且通过挤出打印获得的3D支架不需要经过后处理,就可在生物试剂中稳定保持其支架结构。此外,体外细胞实验结果表明,CSF/Micro-gel凝胶墨水打印的支架具有良好的生物相容性。
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