在組織工程中研究3D打印的PCL結構

南極熊從外媒了解，瑞典和挪威的研究人員在組織工程學上取得了長足的進步，他們的最新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在“ 3D打印PCL結構的計算和實驗表征對軟生物組織支架的設計”中，當研究人員研究介孔結構對組織支架力學性能的深入影響時，他們3D打印了許多基于聚（ε-己內(nèi)酯）（PCL）的支架樣品，然后通過有限元分析（FEA）和計算流體對其進行了分析。動態(tài)（CFD）。

生物打印繼續(xù)為醫(yī)學領域提供巨大的潛力，研究生物相容性支架的制造以及改進它們的新方法是一個嚴肅的話題。支架必須全面模仿人類細胞外基質(zhì)（ECM）。這意味著它們必須能夠在以下方面發(fā)揮出色的性能：

• 機械
• 運輸
• 化學制品
• 生物支架
  

如今，諸如聚（ε-己內(nèi)酯）（PCL）之類的材料通常用于制造醫(yī)療設備和支架：“半結晶聚（ε-己內(nèi)酯）（PCL）由于其長期的機械穩(wěn)定性，低熔點和高熱穩(wěn)定性而成為使用最廣泛的聚酯之一，因此在3D打印技術”，研究人員說。

機械性能可以通過多種方式進行調(diào)整，但是，通過CAD等方法，研究人員還可以控制尺寸，孔隙率等。也可以使用基于圖像的設計，盡管可以限制材料以滿足高分辨率需求，但可以對結構進行快速建模。盡管存在缺點，但其他替代方法（例如隱式曲面建模（依賴于數(shù)學方程式）和三重周期性最小曲面（TPMS））也可以有效。

研究人員專注于軟生物組織在創(chuàng)建樣本中的應用，使用以下方法全面了解其特性：

• 有限元分析
• 差價合約
• 實驗材料表征
• 美國證券交易委員會
• 數(shù)碼相機
• 掃描電鏡
• 微CT成像
  

在研究細觀結構的影響時，研究人員指出，盡管這部分支架還可以引導營養(yǎng)，細胞粘附和ECM復合物沉積，但“對相互作用的完整理解尚待開發(fā)”。他們注意到，由于流動引起的壁切應力的特性，細觀結構也影響細胞密度。

研究人員說：“所有腳手架均由九層組成，股線直徑為SD = 0.4毫米。”根據(jù)以下參數(shù)研究了樣本：

• 股線取向
• 股線空間
• 股線直徑
• 股線長度
  

腳手架設計的示意圖。（a）基本（B）和漸變（G）細觀結構的構建單元。（b）漸變和交錯（GS）介觀結構的構建單元。（c）通過計算流體動力學（CFD）模擬研究的虛擬生物反應器計算域的幾何表示。（d）規(guī)定以壓縮方式加載腳手架的位移d。（e）規(guī)定使腳手架受拉時的位移d。

描述了由基本（B），梯度（G）以及梯度和交錯（GS）介觀結構形成的研究腳手架設計。縮寫：SD：線束直徑；SL：鏈長；SO：股線取向；SS：鋼絞線空間。

設計分為以下幾類：

• 基本的
• 梯度
• 梯度介觀結構
• 交錯的細觀結構
  

使用基本（B），梯度（G），梯度和交錯（GS）介觀結構的腳手架的機械性能。（a）基于有限元分析（基于FEA）的腳手架在壓縮和拉伸下的彈性模量。（b）壓縮/拉伸模量與孔隙率之間的關系。

“我們優(yōu)化了印刷溫度和速度，以便在印刷過程中更好地復制支架的中觀結構設計。但是，還需要仔細控制環(huán)境因素，例如溫度，以實現(xiàn)可再現(xiàn)的支架特性。研究人員在總結性討論中解釋說：“即使環(huán)境因素的微小變化也可能導致股線凝固不均勻，并導致其他不良后果。”

“我們的結果表明，基于PCL的結構的3D打印是制造軟生物組織支架的完全可行的方法。考慮到它們的機械和運輸性能，GS細觀結構設計是本研究探索的設計中最有前途的候選人。這種設計的支架的生物學功能應在生物反應器和/或原位研究中進一步研究。”

使用基本（B），梯度（G），梯度和交錯（GS）介觀結構，基于有限元分析（基于FEA）對腳手架中的von Mises應力分布進行預測。腳手架處于垂直壓縮狀態(tài)，圖像代表中截面的應力。虛線表示對稱線。

隨著組織工程學的不斷發(fā)展，從電動紡絲，骨置換到細胞生存能力改善等方面，支架的研究和實驗也在不斷發(fā)展。

從基本（B），梯度（G），梯度和交錯（GS）介觀結構的3D打印PCL支架的SEM圖像中獲取的俯視圖和側視圖。

[來源/圖片：“ 3D打印的PCL結構的計算和實驗表征，用于軟生物組織支架的設計 ”]