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阮长顺与潘浩波研究团队3D打印非钙离子交联海藻酸基支架

汇报人：

2024-01-25

目录

研究背景与意义

实验材料与方法

支架结构设计及力学性能评估

细胞相容性评价

动物实验验证治疗效果

总结与展望

研究背景与意义

海藻酸是一种天然多糖，具有良好的生物相容性，可以与人体组织和血液相容，不会引起免疫排斥反应。

生物相容性

海藻酸基生物材料在体内可以被酶解成低分子物质，通过正常代谢排出体外，不会对人体造成危害。

可降解性

海藻酸基生物材料具有良好的加工性能，可以通过注塑、挤出、3D打印等多种加工方式制造出复杂形状的产品。

易于加工

突破传统交联方法限制

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传统的海藻酸交联方法主要使用钙离子作为交联剂，而非钙离子交联方法则突破了这一限制，可以使用其他类型的交联剂，从而扩大了海藻酸基生物材料的应用范围。

提高材料性能

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非钙离子交联方法可以改善海藻酸基生物材料的力学性能、稳定性以及生物相容性等关键性能，使其更加适合用于生物医学领域。

实现个性化定制

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非钙离子交联方法可以与3D打印技术相结合，实现海藻酸基生物材料的个性化定制，满足不同患者的具体需求。

实验材料与方法

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D

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设备型号

选用高精度3D生物打印机，确保打印精度和稳定性。

打印温度

根据海藻酸钠的流变性能，设置合适的打印温度，以确保打印过程中材料的流动性。

打印速度

调整打印速度，以获得理想的纤维形态和孔径大小。

层厚

控制打印层厚，实现支架内部结构的精确制造。

选用高品质海藻酸钠原料，确保其生物相容性和可打印性。

海藻酸钠选择

溶液浓度

搅拌与加热

通过调整海藻酸钠溶液的浓度，优化打印过程中纤维的形成和稳定性。

在制备过程中进行适当的搅拌和加热，确保海藻酸钠充分溶解并获得均匀的溶液。

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选择适合海藻酸钠的非钙离子交联剂，如氯化钡、氯化铝等，以实现支架的快速交联和稳定。

交联剂种类

通过实验确定最佳交联剂浓度，以获得理想的交联效果和机械性能。

交联剂浓度

控制交联时间，确保支架在打印后能够快速定型并保持稳定的形态。

交联时间

支架结构设计及力学性能评估

设计目标

构建具有优良生物相容性、可降解性和适当力学性能的3D打印海藻酸基支架。

设计思路

采用计算机辅助设计软件，根据组织工程需求设计支架结构，通过3D打印技术实现精确制造。

实现过程

首先，利用CAD软件设计支架模型，并转换为STL格式；其次，采用3D打印技术，以海藻酸钠为原料，通过逐层堆积的方式制造支架；最后，对打印出的支架进行后处理，如清洗、干燥和交联等。

采用万能材料试验机对支架进行压缩和拉伸试验，记录应力-应变曲线，计算弹性模量、抗压强度等力学性能指标。

测试方法

实验结果表明，该海藻酸基支架具有良好的力学性能，弹性模量和抗压强度均能满足组织工程的需求。此外，支架的力学性能可通过改变打印参数和后处理条件进行调控。

结果分析

细胞相容性评价

细胞粘附

观察细胞在支架材料表面的粘附情况，记录粘附细胞的数量和形态。

细胞增殖

通过显微镜观察细胞在支架上的生长和增殖情况，记录细胞密度和生长速度。

细胞迁移

观察细胞在支架内部的迁移情况，评估支架材料对细胞迁移的影响。

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凋亡相关基因检测

利用PCR等技术检测凋亡相关基因的表达水平，进一步分析支架材料对细胞凋亡的影响。

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MTT法检测

采用MTT法检测细胞在支架材料上的存活率，评估材料的细胞毒性。

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LDH释放法

通过检测细胞培养液中LDH的释放量，判断细胞膜的完整性及细胞受损程度。

动物实验验证治疗效果

动物模型选择

选用健康成年雄性SD大鼠作为实验动物，建立颅骨缺损模型。

手术过程

首先，对大鼠进行麻醉和消毒处理；然后，在颅骨上制造一个直径约10mm的圆形缺损；接着，将3D打印的海藻酸基支架植入缺损处；最后，缝合手术切口并进行术后护理。

术后观察

术后定期观察大鼠的精神状态、饮食情况、活动能力等，并记录体重变化。

并发症处理

对于出现感染、出血等并发症的大鼠，及时进行处理并记录。

影像学评估

通过X光或CT等影像学手段，定期评估支架在体内的位置和形态变化。

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在术后不同时间点（如1周、4周、8周等），处死大鼠并取出植入部位的组织样本进行组织学检查。

组织学检查方法

观察组织样本的炎症反应、新生血管形成、成骨细胞活性等指标，评估支架的生物相容性和促成骨能力。

组织学表现评估

根据组织学检查结果，对支架的治疗效果进行综合评估，并与对照组进行比较分析。

结果分析

总结与展望

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成功研发出非钙离子交联海藻酸基支架的3D打印技术，实现了复杂结构和个性化需求的定制。

通过实验验证，该支架具有良好的生物相容性和机械性能，能够满足组织工程的需求。

探讨了不同打印参数对支架性能的影响，为进一