多结构复合血管组织支架熔融电纺直写平台开发与工艺研究

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血管组织支架在伤口修复、血管组织再生等领域具有巨大的应用潜力和市场前景。熔融电纺直写具有结构尺寸小、比表面积大、孔隙率高、无毒性、成型精度高、生物材料兼容性好的特点,是血管组织支架制备的一种良好技术手段。本文基于熔融电纺直写开发了多层次、多材料血管组织支架成型平台,实现了表面形貌、孔隙率、机械强度和生物亲和性的有效调控。搭建了包括两个喷头、四个运动轴控制平台的熔融电纺直写平台,编写纤维形貌调控的上位机软件。克服干涉实现了双材料独立控制供给和复合直写成型,完成了绒毛纤维、平行纤维、螺旋纤维和网状纤维等多种结构层叠喷印路径设计。探究了不同材料、同一材料不同参数、多层纤维熔融直写规律探究。探究得出PCL和TPU为较为理想的直写探究材料;控制施加电压2.4~2.7kV、极间距2.0~2.5mm、收集速度240~270mm/s能获得较好的直写效果;多层纤维直写中的重叠现象与材料的绝缘性有关,绝缘性较差的材料易发生重叠。通过调控熔融电纺直写工艺参数,完成了过渡绒毛层、环状纤维层、平行纤维层、网状纤维层等不同纤维结构层的直写成型;过渡绒毛层纤维直径1~6μm,环状纤维层纤维直径8~10μm,平行纤维层纤维直径10~25μm,网状纤维层纤维直径20~40μm。过渡绒毛层拉伸强度仅0.1MPa;平行纤维层拉伸强度0.7MPa,应变120%,但是由于平行纤维粗细形貌和受力有差异,拉伸强度不稳定;平行纤维层结合网状纤维层,拉伸强度可稳定在1~1.2MPa,应变可以达到500%。并通过电纺壳聚糖来改善PCL纤维支架的亲水性能,改善后的PCL纳米纤维膜表面的接触角可由120.2°降低为44.9°。通过上述的实验探究,采用熔融电纺直写技术制备多层次多材料血管组织支架具有良好的可行性,并且通过调节各层次纤维的材料和复合结构能够适应多种管状支架的需求。
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