材料力学及表面改性 material mechanics and surface modification 栏目所有文章列表

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    弹性蛋白对前交叉韧带力学响应影响的弹性蛋白酶定量分析
    张闻天, 邓羽平, 刘晓云, 李彩娟, 王 勉, 梁泽宇, 熊 亮, 黄 刚, 陈广新, 李子涛, 黄文华
    中国组织工程研究    2024, 28 (22): 3451-3456.   DOI: 10.12307/2024.473
    摘要103)      PDF (1394KB)(8)   


    文题释义:

    弹性模量:对弹性体施加一个外界作用力,弹性体会发生形变,其应力和应变呈正比例关系,该比例系数称为弹性模量。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,该指标的值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大。
    黏弹性:生物组织的力学特性首先表现在它既有弹性又有一定的黏性,其应力应变不是线弹性关系,也不是弹塑性的非线性关系。生物组织的材料特性被认为是介于黏性和弹性之间的黏弹性体,它在受力时会被拉伸,解除外力也不会立即返回,而是缓慢恢复到原始状态。


    背景:前交叉韧带在复杂的生理加载环境下具有其独特的非线性力学特性。弹性蛋白作为前交叉韧带力学特性的重要贡献者,其在轴向拉伸下对前交叉韧带力学响应特性尚不明确。

    目的:定量分析弹性蛋白对前交叉韧带拉伸力学响应的影响。
    方法:制备弹性蛋白酶溶液及对照缓冲液。将猪前交叉韧带样品制备成小规格样品,随机分别浸泡于 0,0.1,1.0,2.0,5.0,10.0 U/mL的弹性蛋白酶溶液中6 h,另取相同规格小样品分别浸泡于2 U/mL的弹性蛋白酶溶液中 0,1,3,6,9,12 h,以确定适合弹性蛋白靶向酶的浸泡条件并进行消化效果验证,使用组织学染色比较酶处理对组织结构与成分的影响。将韧带样品随机分为酶处理组和PBS组,分别浸泡在2 U/mL弹性蛋白酶溶液和PBS中6 h,于浸泡前、后均进行力学拉伸测试。

    结果与结论:①生化结果表明,2 U/mL弹性蛋白酶溶液浸泡6 h能将弹性蛋白含量降低31.1%,且没有显著影响组织内其他力学相关成分;②组织学结果显示,弹性蛋白酶可渗透入组织内部,浸泡后的组织松散程度增加;③在浸泡前、后的力学结果中,PBS组的多项力学性能均显著下降,酶处理组仅有低张弹性模量显著升高及初长度显著增加;④组间比较结果显示,浸泡前PBS组与酶处理组差异均无显著意义,而浸泡后的酶处理组的低张弹性模量、初始斜率、饱和斜率和初长度比PBS组显著增加;⑤以上结果表明,弹性蛋白降解显著影响了前交叉韧带的生物力学属性,进一步补充了对前交叉韧带结构-功能关系之间的理解。  

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性组织工程

    椎间隙注入不同弹性模量骨水泥对邻近上下椎体应力的影响
    汪建新, 霍文涛, 于 泽
    中国组织工程研究    2024, 28 (22): 3548-3554.   DOI: 10.12307/2024.527
    摘要126)      PDF (4086KB)(13)   


    文题释义:

    椎间隙:上下两个相邻椎体之间的间隙。
    弹性模量:是指材料在弹性变形阶段的轴向应力与轴向应变之比。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标,其值越大,使材料发生一定弹性变形的应力也越大,即材料刚度越大,在一定应力作用下发生弹性变形越小。


    背景:近年来,针对腰椎间盘退变和椎间隙变窄所引起的腰部反复疼痛病症从国外引入了椎间隙注入骨水泥的治疗方法,但部分患者在治疗后出现椎体骨折的情况,原因可能是骨水泥弹性模量不佳。

    目的:通过腰椎三维有限元模型分析椎间隙中注入不同弹性模量骨水泥对上下椎体表面最大应力的影响。
    方法:招募1名脊柱正常志愿者获取CT数据,利用Mimics、Geomagic、SolidWorks、Ansys建立腰椎L2-L5有限元模型,随后建立L3-L4椎间隙注射不同剂量(1 mL与4 mL)骨水泥模型,每种剂量下赋予骨水泥4种弹性模量(1 000,2 000,4 000,8 000 MPa),在L2椎体表面施加压力与弯矩,分析L3椎体下表面与L4椎体上表面的应力。

    结果与结论:①在骨水泥注入量相同的情况下,随着骨水泥弹性模量的增大,L3椎体下表面与L4椎体上表面的应力增加,其中弹性模量1 000 MPa骨水泥对L3椎体下表面与L4椎体上表面的应力影响最小,弹性模量8 000 MPa骨水泥对L3椎体下表面与L4椎体上表面的应力影响最大,不同弹性模量骨水泥对整个腰椎活动度的影响较小;②结果说明,在满足治疗要求的情况下注入较低弹性模量的骨水泥可以降低术后骨折风险。

    https://orcid.org/0009-0003-4343-4589(汪建新)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性组织工程

    低能量密度下多孔钛的选区激光熔化制备及性能评价
    程进荟, 伍 权, 彭 敏, 黄昌丽, 田会敏, 李 洋
    中国组织工程研究    2024, 28 (5): 664-668.   DOI: 10.12307/2024.251
    摘要184)      PDF (1893KB)(20)   


    文题释义:

    选区激光熔化:是区别于传统减材、等材制造的“变革性”方法,以粉末为原料再辅以激光为热源,在基于离散-分层-叠加的原理上成形三维实体试件,整个过程无需工装夹具或模具,具有更大程度的几何自由和材料灵活性,是当下增材制造技术中应用和发展最为广泛的一种增材制造技术。
    多孔钛:是以钛或钛合金为基体、内部含有大量孔隙的多孔金属材料,与传统致密钛相比具有密度小、比表面积大及生物相容性优异等特点,被广泛应用于生物医疗、航空航天以及催化剂载体材料等领域。


    背景:目前传统粉末烧结法在制备多孔钛的过程中易引入杂质,多孔钛制造仍面临杂质污染和材料成形过程难以调控两大难题。

    目的:制备具有一定孔隙率的纯净多孔钛,并分析成形的多孔钛微观形貌演变及性能。
    方法:借助选区激光熔化技术在低能量密度下制备多孔钛,通过对成形的试件孔隙率测定得出能成形较大孔隙率多孔钛的参数区间,并分析该区间下试件微观形貌演变及力学性能。   

    结果与结论:①随着能量密度的增加,多孔钛试件的孔隙率逐渐降低,在能量密度10.61-27.78 J/mm3之间时,能成形孔隙率11.23%-33.67%的多孔钛;在能量密度27.78-37.88 J/mm3之间时,成形件较为致密;②成形的多孔钛物相主要为α钛,随着能量密度的增加,试件的孔隙率降低,孔隙形貌由不规则连通孔向封闭近球形孔转变,粉末颗粒间由轻微烧结颈变为连续熔道;CT扫描结果显示,在能量密度10.61 J/mm3下,成形试件内部存在大量连通孔隙且孔隙半径大致分布在2-6 μm之间,具有较大的比表面积;同时,在能量密度10.61-27.78 J/mm3区间下能得到抗压强度值188-1 000 MPa的多孔钛,满足生物医疗领域应用需求;③结果表明,借助选区激光熔化技术克服了传统制备工艺带来的杂质污染、成形过程难以调控等问题,为制备力学性能优异的多孔钛提供了有效解决措施。

    https://orcid.org/0000-0002-2050-5415(程进荟)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性组织工程

    原生喙锁韧带及柔性重建后有限元仿真和实验测试
    季贵柱, 郑 秋, 汪武祥, 王 冠, 李 文, 鲁晓波, 段 可, 李 忠, 杨洪彬, 梁 成
    中国组织工程研究    2024, 28 (5): 706-711.   DOI: 10.12307/2024.262
    摘要178)      PDF (1873KB)(14)   


    文题释义:

    柔性固定:与刚性固定相对,指使用不能承受剪切、扭转负载的材料对损伤或骨折部位进行固定,如移植肌腱、人工韧带等,主要用于韧带损伤、微动关节修复等,其主要特点是可重现损伤部位解剖结构和部分功能。在肩锁关节中,柔性固定可重现喙锁韧带部分走形、恢复肩锁关节微动。
    极限承载:即最大承载,当对象承受逐渐增大的载荷,经过线性变形段并通过屈服点之后到达塑性变形段,承载继续增加,而后对象失效破坏,塑性变形阶段的最大载荷即为极限承载。一般在线性变形阶段撤去负载后对象可恢复原状态,而塑性阶段变形为不可复原的塑性变形。


    背景:对于以喙锁韧带断裂造成的肩锁关节脱位,单束和双束重建为常见修复方式,深化研究对比二者修复的应力分布和骨折风险具有重要意义。

    目的:研究喙锁韧带的生物力学性能,对比单束和双束重建肩锁关节的固定效果、应力分布和破坏形式。 
    方法:①有限元仿真分析:利用Mimics、Wrap和SolidWorks软件分别建立正常喙锁韧带、单束重建和双束重建肩锁关节模型,利用Ansys软件分析锁骨垂向受载时各模型肩胛骨和锁骨的应力和变形情况;②标本实验:取15个完整的人体肩胛骨-锁骨标本,随机分为5组处理,每组3个:A组切断肩锁韧带,保留完整的喙锁韧带;B组切断肩锁和斜方韧带,保留完整的锥状韧带;C组切断肩锁和锥状韧带,保留完整的斜方韧带;D组切断肩锁和喙锁韧带,采用单束重建修复喙锁韧带;E组切断肩锁和喙锁韧带,采用双束重建修复喙锁韧带。利用力学试验机进行力学实验,分析肩胛骨和锁骨的生物力学状态、应力分布和破坏形式。

    结果与结论:①有限元仿真分析:正常喙锁韧带附着标本喙突的平均应力最小,其相对于单束和双束重建模型喙突骨折的风险较小;单束和双束重建模型的喙突平均应力相当,二者骨折风险接近;②标本实验:A-E组标本的刚度分别为(26.4±3.5),(19.8±2.8),(21.3±3.2),(57.7±4.1),(46.2±2.8) N/mm,极限载荷分别为(545.5±53.7),(360.1±42.1),(250.9±44.4),(643.5±39.1),(511.9±31.7) N,D、E组标本的整体刚度高于A组(P=0.000 06,0.000 3),D组极限承载高于A组(P < 0.05),E组极限承载和A组无差异(P > 0.05);A-C组为韧带断裂,D、E组为喙突骨折;③结果显示:从生物力学角度分析,对于肩锁关节脱位中的喙锁韧带断裂,单束和双束重建均为有效的治疗技术,但均增加了骨折风险,其中双束重建分散了钢板应力、减小了钢板和骨质的接触力,但稍微降低了极限承载力,应根据临床实际情况选用单束或双束重建。

    https://orcid.org/0009-0000-1226-1820(季贵柱)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性组织工程

    不同含量B2O3对生物活性玻璃支架力学性能与生物活性的影响
    王建春, 杨树青, 苏 欣, 王宏远
    中国组织工程研究    2024, 28 (5): 712-716.   DOI: 10.12307/2024.264
    摘要194)      PDF (1496KB)(69)   


    文题释义:

    氮氧生物活性玻璃:是一种以硅酸盐类CaO-SiO2为基础的人工骨修复替代材料,由硅、钙、磷和钠的氧化物组成CaO-SiO2-P2O5系统,最早由 HENCH发现并命名,而氮氧生物活性玻璃是对基础玻璃进行过氮化处理,提高了其力学性能。
    人工合成骨替代材料:此类研发的骨替代生物材料拥有诸多优点,被植入到骨缺损部位后能为新骨的形成提供理想的机体微环境,同时使成骨细胞拥有一个可依附的稳定三维空间,且原料易获取、成本低廉。


    背景:生物活性玻璃骨修复材料具有骨结合能力、骨诱导能力及骨传导特性,但目前生物活性玻璃的性能尚不符合临床应用要求,添加硼元素有望改善生物活性玻璃的性能。

    目的:研究不同含量B2O3替代SiO2对生物活性玻璃力学性能及生物活性的影响。
    方法:以含磷氮氧生物活性玻璃(成分为:SiO2-CaO-ZnO-Na2O-Si3N4-P2O5)为基础,以B2O3部分替代其中的SiO2,采用高温熔融法烧制含B2O3质量分数分别为0%(A组),5%(B组),10%(C组),15%(D组)的基础玻璃(基础玻璃中SiO2与B2O3的质量分数总和为41%),采用有机泡沫浸渍法制作多孔生物活性玻璃支架,利用万能力学试验机单轴压缩和三点弯曲法测试力学性能;将4组支架浸泡于模拟体液中,检测支架的降解性能,利用扫描电镜观察浸泡前后支架的形貌变化,以及X射线衍射分析浸泡前后的支架物相组成。

    结果与结论:①随着B2O3质量分数的增加,多孔生物活性玻璃支架的抗压强度与抗弯强度升高,4组支架的抗压强度与抗弯强度比较差异有显著性意义(P ≤ 0.05);②浸泡于模拟体液中后,随着时间的延长,多孔生物活性玻璃支架逐渐降解;相同浸泡时间点下,随着B2O3质量分数的增加,支架的降解速率加快,4组支架的抗压强度与抗弯强度比较差异有显著性意义(P ≤ 0.05);③浸泡于模拟体液后的扫描电镜显示,A、B组浸泡1 d后表面沉积大量的颗粒状物质,3 d后表面的颗粒状物质相互融合形成薄膜样沉积,7 d后表面的薄膜即相互融合成片,基本覆盖整个试件表面;C组浸泡1 d后表面形成薄膜样物质沉积,3 d后表面的薄膜即相互融合成片,基本覆盖整个试件表面;D组浸泡1 d后可见基本覆盖整个试件表面的片状物质;④浸泡于模拟体液中1 d后的X射线衍射分析显示,4组支架表面的沉积物为结晶态的羟基磷灰石;⑤B2O3替代部分SiO2会增强多孔生物活性玻璃支架的力学性能、降解性能及体外矿化活性。

    https://orcid.org/0000-0001-9458-928X(王建春)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性组织工程

    径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架结构设计与力学性能分析
    张艺海, 商 鹏, 马奔原, 侯光辉, 崔伦旭, 宋万振, 齐德瑄, 刘艳成
    中国组织工程研究    2024, 28 (5): 741-746.   DOI: 10.12307/2024.253
    摘要241)      PDF (2260KB)(36)   


    文题释义:

    径向梯度:孔径由圆柱外缘向中心逐渐减小,外缘较大孔径有利于降低植入物弹性模量,减小应力遮挡效应,中心较小孔径使结构具有较高强度,可以防止植入物的断裂失效。
    三周期极小曲面:在3个独立方向上周期性变化的极小曲面,晶胞结构之间互连互通,其内部光滑连续,平均曲率为零,与人体骨小梁结构有相似之处,是一种理想的骨支架多孔结构。


    背景:传统骨植入物的弹性模量较大,与人体骨弹性模量不匹配,会引起应力遮挡效应,从而导致骨吸收。径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架具有与人体松质骨匹配的弹性模量,且屈服强度大于人体皮质骨屈服强度,为骨支架设计提供了一种新的选择。

    目的:通过隐式曲面法构建径向梯度三周期极小曲面结构,采用激光选区熔化技术制备样件,进行准静态压缩实验,得到力学性能与人体骨骼匹配的骨小梁支架。
    方法:通过隐式曲面法,建立G型、Ⅰ型、P型和D型4种径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架;采用激光选区熔化技术制备样件,观测成型样件的表面形貌,评估成型质量,进行准静态压缩实验,评估样件的力学性能。

    结果与结论:准静态压缩实验结果表明,对比4种径向梯度三周期极小曲面支架,G支架平台应力波动小,没有出现失效断裂,塑性最好;对45%,55%和65% 3种孔隙率G支架的力学性能进行分析,发现55%孔隙率G支架的弹性模量在人体松质骨的弹性模量范围内(0.022-3.7 GPa),屈服强度接近人体皮质骨最大屈服强度(187.7-222.3 MPa)。结果显示,55%孔隙率的G型径向梯度三周期极小曲面骨小梁支架能够降低应力遮挡效应,承受较高人体载荷,提高植入物的稳定性,延长植入物的使用寿命。

    https://orcid.org/0000-0001-7760-7079(张艺海)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性组织工程

    3D打印生物材料微小力学性能自动测量系统的设计
    冯 辰, 周骥平, 许晓东, 姜亚妮, 史宏灿, 赵国琦
    中国组织工程研究    2022, 26 (21): 3306-3311.   DOI: 10.12307/2022.636
    摘要353)      PDF (6465KB)(74)   

    文题释义:
    3D生物打印:是将3D打印技术应用到组织工程中,可实现具有复杂生理结构的一种制造方法,是 3D 打印技术的一个分支,通过增材制造原理将复杂的器官结构离散成一系列的二维层状结构,这种构建方法显著降低了复杂器官的构建难度,3D生物打印技术突破了传统制造技术的局限。

    背景:在现有的组织工程支架评价体系中,需要在多个方面测试支架的力学强度以保证其可以满足临床应用的要求,但由于生物复合材料的力学性能测量是一个微小变形的测量,目前市面上很难有专业的测量仪器满足测试的精度要求,常用的硬度仪或拉伸实验仪也难以达到支架力学性能的要求。
    目的:开发研究一款具有自动检测硬度和韧性的测试系统来检测生物支架的力学性能。
    方法:研发的测试系统采用两组差动电桥分别实现应力和应变的输出,在恒定的温度、湿度及应变速度下进行不同方式的力学实验,获取材料的各项力学性能。针对复合生物材料的特殊性,通过对纳米纤维素和聚己内酯组成的生物复合材料进行设备的测试来验证该测试系统能否满足要求。
    结果与结论:实验开发研究的测试系统能够准确测量生物材料支架的力学性能,将被测支架的“力-位移”加载曲线斜率作为支架的韧性/硬度的表征,能够直观反映支架力学性能的好坏,同时该测试系统的精度能够达到0.1 μm,这对3D生物打印技术运用到组织修复的建立具有理论依据和应用价值。

    https://orcid.org/0000-0003-3143-4605 (冯辰)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性;组织工程

    不同材料属性赋予下椎体的静力学分析
    关天民, 陈向禹, 朱 晔, 任 东
    中国组织工程研究    2022, 26 (21): 3357-3362.   DOI: 10.12307/2022.644
    摘要351)      PDF (5296KB)(44)   

    文题释义:
    材料属性赋予:由于骨骼的非线性及骨质分布不均匀,学者们在进行椎体模拟分析时进行了不同方法的材料属性赋予来提高分析效率。
    图像分割:根据CT数据灰度阈值进行区域生长、形态学操作、布尔操作、动态区域生长、多层编辑等进而提取出所需要的部位。

    背景:人体骨骼具有非线性强、骨质分布不均匀等特点,不同的弹性模量赋值导致静力学结果差异性大。
    目的:分析3种材料属性赋予方法在椎体数值模拟分析中的差异性。
    方法:基于逆向工程原理,通过图像分割建立腰椎L4、L5及椎间盘模型,对椎体模型赋予3种材料属性:①灰度值赋值:通过Mimics利用灰度值进行梯度赋值;②均质及灰度值混合赋值:对椎体前端皮质骨进行单一弹性模量赋予,对前端松质骨及后端椎弓根、横突、棘突等利用灰度值进行赋予;③皮质骨及松质骨赋值:采用皮质骨及松质骨两种弹性模量。对3种赋值方法下的有限元模型进行轴向载荷100-500 N加载,以及分别施加2,4,6,8,10 N·m的弯矩模拟椎体进行前屈、后伸、左右侧弯、左右旋转。
    结果与结论:不同工况加载下的椎体轴向位移及偏转角度有明显差异,均方根误差分析显示,灰度值赋值法相比于其他两种方法更接近于真实实验数据,不会在材料赋值交界处产生明显的应力阶跃现象,以及不会产生明显的应力集中现象,更符合椎体的力学性质,从而可以更准确地进行脊柱生物力学分析。

    https://orcid.org/0000-0003-1663-537X (关天民) 

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性;组织工程

    三种材质床垫对人体骶尾部早期压力性损伤的影响
    杨亚兰, 钟淑贤, 石佳卉, 周俊丽, 王小俊
    中国组织工程研究    2022, 26 (21): 3375-3380.   DOI: 10.12307/2022.647
    摘要400)      PDF (32761KB)(43)   

    文题释义:
    压力性损伤:是位于骨隆突处、医疗或其他器械下的皮肤和/或软组织的局部损伤,可表现为完整皮肤或开放性溃疡,可能会伴疼痛感,损伤是由于强烈和/或长期存在的压力或压力联合剪切力导致。软组织对压力和剪切力的耐受性可能会受到微环境、营养、灌注、合并症以及软组织情况的影响。
    乳胶床垫:从橡胶树上采集橡胶树汁,通过精湛的技术工艺结合现代化设备和技术来进行起模、发泡、凝胶、硫化、水洗、干燥、成型和包装等工艺,生产出具有多种优良性能的适合人体优质健康睡眠的现代化绿色用品,乳胶海绵是泡孔结构为全部连孔或绝大部分连孔,少部分不连孔的多孔性橡胶材料。

    背景:减轻骶尾部压力是预防骶尾部早期压力性损伤的最直接有效的方法,目前市场上材料多种多样,但是对于临床正确选用减压床垫的证据仍有不足。
    目的:测量健康人持续平卧于3种材质床垫在不同时段骶尾部的压力值、骶尾部皮肤温度值以及皮肤颜色改变,旨在探索一种减压效果较优的医用床垫。
    方法:选择广州中医药大学第一附属医院健康受试者33名,年龄18-35岁,体质量指数为18.5-23.9 kg/m2,于试验的第1,2,3天分别平卧于乳胶床垫、静态防压疮床垫及普通床垫上,在设定的时间点(0,0.5,1.0,1.5,2.0 h)分别检测受试者骶尾部压力值、骶尾部受压前后颜色及受压部位皮肤温度。
    结果与结论:①试验0.5-2 h时,乳胶床垫组受试者骶尾部压力值均低于静态防压疮床垫组、普通床垫组(P < 0.05);②试验0-0.5 h时,3种床垫组受试者受压部位温度值比较差异无显著性意义(P=0.587);试验0.5-2.0 h时,乳胶床垫组受试者受压部位温度值低于静态防压疮床垫组、普通床垫组(P < 0.05);③试验0.5-1.5 h时,3种床垫组受试者骶尾部受压部位均未发生颜色改变;试验1.5-2.0 h时,乳胶床垫组受试者骶尾部受压部位未发生颜色变化,静态防压床垫组1例发生颜色变化,普通床垫组2例发生颜色变化;④结果表明,与其他两种床垫相比,乳胶床垫可有效减轻骶尾部压力且具有良好散热透气性能,对早期压力性损伤起到有效预防作用。

    https://orcid.org/0000-0002-1077-1736 (杨亚兰)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性;组织工程

    填充结构对3D打印聚己内酯支架力学性能的影响
    刘家利, 索海瑞, 杨翰, 王玲, 徐铭恩
    中国组织工程研究    2022, 26 (16): 2492-2497.   DOI: 10.12307/2022.246
    摘要418)      PDF (1714KB)(38)   
    文题释义:
    聚己内酯:是由ε-己内酯在金属有机化合物(如四苯基锡)做催化剂、二羟基或三羟基做引发剂条件下开环聚合而成,属于聚合型聚酯,通过控制聚合条件可以获得不同的分子质量。
    材料的力学性能:力是指材料在不同环境(温度、介质、湿度)下承受各种外加载荷(拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等)时所表现出的力学特征,性能指标包括:弹性指标、硬度指标、强度指标、塑性指标、韧性指标、疲劳性能、断裂韧度。

    背景:3D打印聚己内酯组织工程支架是近些年来研究的热点之一,选择合适的材料制备力学性能优良的多孔支架是当前研究的难点。
    目的:制备不同填充结构的三维多孔聚己内酯支架,研究其机械性能。
    方法:设计0°/90°、0°/60°、0°/60°/120°、0°/45°和0°/45°/90°/135°5种填充结构,采用生物 3D 打印机打印三维多孔聚己内酯支架,测试支架的孔隙率及压缩和拉伸性能。

    结果与结论:①5种支架的孔隙率比较差异无显著性意义(P > 0.05);②从Z方向压缩时,不同填充结构聚己内酯支架的压缩性能差异很小;③从Y方向压缩时,0°/45°、0°/60°、0°/90°三种支架的压缩性能随填充角度增加而增强,0°/45°/90°/135°支架的压缩模量和强度比0°/45°支架高,0°/60°/120°支架的压缩模量和强度比0°/60°支架强;④从X方向压缩时,支架压缩模量和强度的规律与Y方向压缩相反;在5种支架中,0°/45°/90°/135°支架的拉伸模量和强度最大,0°/90°支架的拉伸模量和强度最小,0°/45°、0°/60°、0°/90°支架的拉伸强度和模量随角度增加而减小;⑤结果表明,0°/90°和0°/60°/120°填充结构的支架可满足力学性能各向同性的生理环境需求,其他3种结构可满足人体组织各向异性生长环境的要求。

    https://orcid.org/0000-0002-6918-4798 (刘家利) 

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性;组织工程

    材料表面化学和流体剪切力共同刺激对人脐静脉内皮细胞的影响
    覃中杰, 陈思奇, 吴一民, 杨姣姣, 夏德林
    中国组织工程研究    2022, 26 (16): 2516-2521.   DOI: 10.12307/2022.250
    摘要387)      PDF (1033KB)(151)   

    文题释义:
    自组装单分子膜:是分子通过化学键自发地在固-液或气-固界面形成的稳定有序膜,具有良好的结构特征。利用单分子层可以在材料表面修饰多种配体和功能基团,这种表面具有规则的分子结构,可以在复杂溶液中保持其原有的性质,通过固定在表面的化学基团可以将配体整合到分子层上,严格控制配体的密度和分子取向。
    流体剪切力:是血液流动时与血管内壁间发生摩擦产生对于血管壁的作用力,方向平行于血管长轴,与流动方向相反,是血管内皮细胞受到的最主要的生物机械刺激。

    背景:组织工程骨内缺乏完善的脉管系统,其中血管化是限制其广泛应用的关键,适当的基质化学和流体剪切力刺激能促进血管内皮细胞增殖分化和发挥功能,指导支架材料的设计制作。
    目的:探究不同化学官能团和流体剪切力对人脐静脉内皮细胞的影响,以期找到材料化学与流体剪切力对人脐静脉内皮细胞调控的高效组合。
    方法:在玻片表面分别制备以OH、CH3和NH2为末端化学官能团的自组装单分子膜,以空白玻片作为对照;将人脐静脉内皮细胞分别接种于4组玻片表面,培养15 min内检测ATP的释放量,培养1 h内检测NO的释放量,培养1 h后Western blotting检测内皮型一氧化氮合酶的表达,培养48 h后激光共聚焦显微镜观察黏着斑及F肌动蛋白的形成。将人脐静脉内皮细胞分别接种于4组玻片表面,当细胞融合至80%时给予加载1.5 N/m2 流体剪切力1 h(分别为OH-FSS组、CH3-FSS组、NH2-FSS组和FSS组),加载15 min内检测ATP的释放量,加载1 h内检测NO的释放量,加载1 h后Western blotting检测内皮型一氧化氮合酶的表达。
    结果与结论:①单纯化学刺激对人脐静脉内皮细胞的ATP、NO释放与一氧化氮合酶表达无明显影响,加载FSS刺激可增加ATP、NO的释放与内皮型一氧化氮合酶表达;当材料化学和流体剪切力同时作用时,人脐静脉内皮细胞释放的ATP和NO量及内皮型一氧化氮合酶表达与材料化学密切相关,其中NH2-FSS组中的ATP和NO释放量及内皮型一氧化氮合酶表达最高,其次为FSS组,CH3-FSS组和OH-FSS组最低;②激光共聚焦显微镜下可见,NH2组有大量黏着斑和细胞骨架蛋白F肌动蛋白,其次为对照组,CH3组和OH组最少;③结果表明,NH2官能团和流体剪切力共同作用时人脐静脉内皮细胞对剪切力刺激产生高效应答,其机制可能是在NH2表面上形成了最佳的黏着斑和F肌动蛋白。
    缩略语:人脐静脉内皮细胞:human umbilical vein endothelial cells,HUVECs;流体剪切力:fluid shear stress,FSS

    https://orcid.org/0000-0001-5849-3010 (覃中杰) 

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性;组织工程

    制备赖氨酸改性聚乳酸纳米纤维支架的性能评价
    李 煜, 潘源城, 林 然, 陈顺有
    中国组织工程研究    2022, 26 (16): 2557-2561.   DOI: 10.12307/2022.257
    摘要548)      PDF (958KB)(77)   

    文题释义:
    聚乳酸:是热塑性聚酯,由于其生物降解性、无毒性、良好的加工性和优异的机械性能在组织再生材料中得到了广泛的研究及应用,但存在降解速度较慢的缺点,其在骨组织中的降解速度较慢,长期存在于体内易导致炎症等并发症,且生物相容性仍不能很好地满足生物材料需要。
    赖氨酸:是为碱性必需氨基酸,是蛋白质的重要组成部分之一,具有无毒性、抗菌性、生物可降解性,促进细胞生长和黏附以及促进细胞发挥正常功能等作用。成骨细胞在分化过程中分泌大量的细胞外基质,成骨细胞的细胞外基质包含胶原蛋白和非胶原蛋白,在碱性环境中具有更好的黏附、生长和钙化的能力,但其强度低、脆性大的特点限制了其作为组织工程支架材料的应用。


    背景:聚乳酸作为可降解聚合物已被制成纳米纤维支架广泛应用于组织再生,但在某些组织工程应用中其作为支架材料存在降解速度慢、生物相容性差等局限。
    目的:制备赖氨酸/聚乳酸支架,通过控制不同赖氨酸浓度研究支架的结构及性能。
    方法:以1,4-二氧六环为溶剂体系、赖氨酸作为氨解剂,采用热致相分离技术制备赖氨酸改性聚乳酸纳米纤维支架,其中赖氨酸的浓度分别为5%,10%,15%,30%,以未改性的聚乳酸支架为对照,进行傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜、示差扫描仪热分析仪、接触角和机械性能分析等检测。 
    结果与结论:①傅里叶变换红外光谱分析显示,聚乳酸支架被赖氨酸氨解改性成功;②扫描电镜显示,当非溶剂相为超轻水时,支架的纤维网格结构较差,未形成立体的三维结构;当赖氨酸浓度为5%时,支架呈片状、带状或大量团聚现象,没有形成良好的三维纤维的网络结构;随着赖氨酸浓度的增加,支架的纳米纤维结构逐渐形成,当赖氨酸浓度为10%时制备的支架仍存在片状及出现团聚现象;当赖氨酸浓度为15%时,支架有分布相对均匀的纳米纤维结构;但当赖氨酸浓度为30%时,支架纤维结构出现坍塌和大片团聚现象;③随着赖氨酸浓度的增加,支架的水接触角减少、抗压强度降低;④随着赖氨酸浓度的增加,支架的熔融温度稍有降低,但无明显变化,结晶度增加;⑤结果表明,赖氨酸的引入改善了聚乳酸支架的网格状纤维结构、亲水性和结晶度,降低了支架的机械性能。

    https://orcid.org/0000-0001-9850-2479 (李煜) 

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料口腔生物材料纳米材料缓释材料材料相容性;组织工程

    生物材料表面硬度在巨噬细胞吞噬大肠杆菌生物膜细胞中的作用
    赵彦瑞, 周君琳
    中国组织工程研究    2022, 26 (10): 1551-1554.   DOI: 10.12307/2022.202
    摘要464)      PDF (828KB)(48)   
    文题释义:
    生物膜细胞:当细菌产生细胞外基质并形成生物膜时,这些感染通常会持续存在。由于细胞外基质的保护和缓慢的生长,生物膜细胞所能耐受的抗生素浓度是同一菌株的浮游细胞的500-5 000倍。 
    吞噬作用:作为先天免疫的主要机制,吞噬作用是巨噬细胞针对入侵病原体的受体介导的免疫应答。在吞噬过程中,巨噬细胞利用表面受体识别病原体,将病原体吞噬到质膜来源的吞噬体中,并最终通过多种策略消灭病原体。

    背景:医院获得性感染中有60%-70%与不同材料的医疗器械有关,而细菌生物膜细胞在慢性感染中起着重要作用。细菌的黏附和生物膜形成受生物材料特性的影响,例如表面电荷、疏水性、硬度和表面化学性质。
    目的:研究巨噬细胞在不同表面硬度生物材料聚二甲基硅氧烷上对大肠杆菌早期生物膜细胞的吞噬作用。
    方法:通过控制基料与固化剂的质量比制备硬(5∶1)、中(20∶1)、软(40∶1)3种表面硬度的聚二甲基硅氧烷。①将大肠杆菌接种于3种硬度材料表面,孵育细菌生物膜细胞,将活化的巨噬细胞滴入各材料表面,通过CFU细胞计数、流式细胞仪技术和倒置荧光显微镜检测巨噬细胞在不同表面硬度材料上吞噬大肠杆菌生物膜细胞情况;②将巨噬细胞接种于3种硬度材料表面,随后加入大肠杆菌,CFU细胞计数检测巨噬细胞在不同表面硬度材料上吞噬大肠杆菌生物膜细胞情况。

    结果与结论:①先接种细菌后加入巨噬细胞实验:CFU细胞计数、流式细胞仪技术和倒置荧光显微镜检测显示,随着材料表面硬度的增加,巨噬细胞的吞噬作用增强,大肠杆菌生物膜细胞数量减少,3组间细菌生物膜细胞吞噬率比较差异有显著性意义(P < 0.001);②先接种巨噬细胞后加入细菌实验:CFU细胞计数检测显示,随着材料表面硬度的增加,巨噬细胞的吞噬作用增强,细菌细胞数量减少;显微镜下可见,巨噬细胞在表面硬的材料上更散布、活性更高,并且可见伪足的伸展;③结果表明,随着聚二甲基硅氧烷硬度的增加,巨噬细胞吞噬大肠杆菌生物膜细胞的效率更高,推测通过优化生物材料硬度可以更好地控制内植物相关感染。

    https://orcid.org/0000-0002-3957-7419 (赵彦瑞) 


    3D打印聚羟基丁酸戊酸共聚酯/半水硫酸钙支架复合壳聚糖水凝胶涂层的性能
    叶翔凌, 夏远军, 王波群, 康正阳, 吴斌
    中国组织工程研究    2022, 26 (10): 1574-1581.   DOI: 10.12307/2022.206
    摘要489)      PDF (36994KB)(62)   
    文题释义:
    3D打印:也称为增材制造,属于快速成型技术的一种,其通过一系列横截面逐层构建实体。它的基本工作原理是:通过计算机预设参数,将电脑辅助设计数据送达至3D打印机,3D打印机根据计算机命令将材料逐层堆积并最终打印成实体。
    聚羟基丁酸戊酸共聚酯:是一种新型高分子聚合物,它是由微生物在不平衡的条件下产生的一种生物聚酯,具有良好的生物相容性及降解性,并呈现出优异的材料改性,已作为新型医用生物材料应用于临床。
    半水硫酸钙:是一种在临床上广泛应用的骨修复材料,具有良好的生物相容性、可降解性和一定的骨传导性,已被美国食品药品管理局(FDA)批准应用于临床骨缺损的治疗。

    背景:聚羟基丁酸戊酸共聚酯具有良好的生物相容性及降解性,但具有强疏水性,不利于细胞的黏附、生长、迁移和分化,严重限制了其在骨组织工程领域的应用,因此有必要对其进一步改性。
    目的:构建聚羟基丁酸戊酸共聚酯/半水硫酸钙/壳聚糖[poly(3-hydroxybutyrate-3-hydroxyvalerate)/calcium sulfate hemihydrate/chitosan,PHBV/CSH/CS]支架,探究其表征、模拟载药释放行为、生物安全性、体外成骨性和抗菌活性。
    方法:通过熔融沉积技术制备聚羟基丁酸戊酸共聚酯支架与聚羟基丁酸戊酸共聚酯/半水硫酸钙支架(半水硫酸钙为聚羟基丁酸戊酸共聚酯用量的20%),随后将聚羟基丁酸戊酸共聚酯/半水硫酸钙支架泡在壳聚糖溶液中并烘干,烘干后的支架放入超纯水中形成壳聚糖水凝胶并复合在支架表面上,制备PHBV/CSH/CS支架。观察3种支架的表面形貌、细胞黏附、细胞增殖情况;测试PHBV/CSH/CS支架的溶胀行为和模拟载药释放行为;利用茜素红染色评估3种支架的成骨性能;利用涂布平板法观察各组支架对标准金黄色葡萄球菌、标准大肠杆菌、临床金黄色葡萄球菌、临床大肠杆菌的抗菌能力。

    结果与结论:①所制备支架具有均匀且互连的多孔立体结构,平均孔径约为 400 μm,孔隙率为60%;②PHBV/CSH/CS支架溶胀率达 56%,当使用牛血清白蛋白作为模型药物时,PHBV/CSH/CS支架载药率在1 h时达57.9%,6 h累计释放达 56.5%;③聚羟基丁酸戊酸共聚酯支架不利于细胞黏附,聚羟基丁酸戊酸共聚酯/半水硫酸钙支架改善了细胞黏附,PHBV/CSH/CS支架显著提升了细胞黏附;④3种支架均可促进骨髓间充质干细胞增殖,3组均无明显细胞毒性;⑤茜素红染色实验表明,PHBV/CSH/CS支架对于骨髓间充质干细胞矿化结节的形成作用较另外两支架强;⑥体外抗菌实验表明,PHBV/CSH/CS支架对标准金黄色葡萄球菌、标准大肠杆菌、临床金黄色葡萄球菌、临床大肠杆菌的抑制能力显著强于聚羟基丁酸戊酸共聚酯、PHBV/CSH支架(P < 0.01);⑦结果表明,相较于其他支架,PHBV/CSH/CS展现出更好的细胞黏附、成骨、抗菌性能和载药潜能。

    https://orcid.org/0000-0003-4899-5433 (叶翔凌) 


    Triton-x100与丹参酚酸B制备脱细胞血管支架及其生物力学性能
    赵 亮,李霞飞,周 坤,闫欢欢,张其清
    中国组织工程研究    2019, 23 (6): 951-956.   DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.1540
    摘要392)      PDF (802KB)(240)   

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    文题释义:
    脱细胞血管支架:是极佳的血管移植材料,在制备过程中将原材料彻底去除细胞成分,最大限度地保存血管壁成分中的弹性纤维和胶原纤维,最大程度地减低移植产生的免疫原性,较为完好地保留种子细胞黏附生长所需的三维微环境,以及机械性能良好等优点,因此在血管组织工程中得到了越来越多的重视。
    细胞-材料复合物的制备从机体获取少量的活体组织,用特殊的酶或其他方法将细胞(又称种子细胞)从组织中分离出来在体外进行培养扩增,然后将扩增的细胞与具有良好生物相容性、可降解性和可吸收的生物材料(支架)按一定的比例混合,使细胞黏附在生物材料(支架)上形成细胞-材料复合物。
     
     
    背景:脱细胞血管支架具有优良性能,但是在其制备过程中其生物力学性能出现不同程度的降低。
    目的:观察在组织工程制备脱细胞血管支架中丹参酚酸B的应用前景。
    方法:经Triton-x100单独处理,Triton-x100-丹参酚酸B联合处理制备脱细胞血管支架,分别设为Tx组和Tx-sal组,对其进行形态学观察、组织厚度测量、孔隙率检测及生物力学特性检测,比较在应用丹参酚酸B后处理之后脱细胞血管支架在形态学等各种指标上的变化。

    结果与结论:Tx组和Tx-sal组的血管管壁厚度及血管孔隙率差异无显著性意义(P > 0.05),形态学无明显变化。Tx-sal组的脱细胞血管支架可以较完好地保留血管壁的胶原纤维和弹性纤维,抗拉强度、最大变形量、断裂伸长比、爆裂压力及缝合强度均优于Tx组(P < 0.05)。结果证实,Triton-x100联合丹参酚酸B处理能够成功制备脱细胞效果良好、生物力学性能优良的脱细胞血管支架。

    ORCID: 0000-0001-8264-2944(赵亮)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程

    单向灌流法研究姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物的大鼠在体肠吸收
    罗见春,郭 绮,张 敏,钟 萌,万胜利,张景勍
    中国组织工程研究    2019, 23 (6): 957-962.   DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.1539
    摘要477)      PDF (759KB)(480)   

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    文题释义:
    姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物:羟丙基-β-环糊精具有“内疏水、外亲水”的特殊立体环状结构;环糊精通过非共价键形式将难溶性药物姜黄素包合进其疏水空腔,既能提高姜黄素的水溶性,也能在一定程度上改善姜黄素见光易降解的特性。
    单向灌流在体肠吸收:单向灌流法以较低的灌流速度(实验研究的流速为0.2 mL/min)对大鼠某一肠段进行单向灌流,实验条件接近动物体内肠道环境[Krebs-Ringer循环液温度为(37±2) ℃];体内肠吸收实验既能保证实验动物血液和淋巴液的供应,也能提高实验动物各肠段的生物活性。
     
     
    背景:姜黄素具有良好的抗癌、抗炎等药理作用,但水溶性极低,影响了其药理活性的发挥。
    目的:观察姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物及姜黄素在体肠吸收情况。
    方法:采用研磨法制备姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物;检测姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物与姜黄素的溶解度。取12只雄性SD大鼠,建立在体肠段单向灌流模型(每只大鼠选取十二指肠、空肠、回肠及结肠4个肠段),随机分2组进行药物灌流,实验组灌流姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物水溶液,对照组灌流姜黄素混悬液,收集各肠段的灌流药液,采用紫外可见分光光度法测定姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物及姜黄素在大鼠体内各肠段的吸收速率常速(Ka)和有效渗透率(Papp)。

    结果与结论:姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物在水中的溶解度较姜黄素提高了33.68倍;姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物的吸收速率常数Ka结果为:十二指肠>回肠>空肠>结肠,有效渗透率Papp结果为:结肠>十二指肠>回肠>空肠,并且姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物在大鼠各肠段的吸收较姜黄素明显提高(P < 0.05);结果表明,姜黄素羟丙基-β-环糊精包合物能够明显改善姜黄素在大鼠肠内的吸收情况。

    ORCID: 0000-0003-0205-3029(罗见春)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程

    运用液体流动装置模拟的流体剪切应力下骨髓瘤细胞对骨细胞、破骨细胞和骨细胞表达RANKL的影响
    王晓桃,田 申,何玉婵,吴春叶,张俊艳,阳少芳,王航飞,You Lidan
    中国组织工程研究    2019, 23 (2): 251-256.   DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.0608
    摘要349)      PDF (742KB)(155)   

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    文题释义:
    骨髓瘤细胞:具有无限分裂能力,由于该细胞并非高度分化细胞,因此分裂能力较强,而其他肿瘤细胞分裂能力较弱,因此多在制备单克隆抗体时与B淋巴细胞融合,使单克隆抗体迅速大量增殖。
    体外低强度震动流体室装置(flow fluid chamber):模拟骨髓瘤骨病患者轻微运动或机械运动时产生的流体剪切力在骨髓瘤环境下对骨细胞的影响。
     
     
    背景:骨髓瘤骨病因骨骼疼痛、溶骨性破坏导致患者可能懒动而导致骨质丢失增加、骨病加重。
    目的:探讨运用液体流动装置模拟人机械运动时产生的流体剪切力在骨髓瘤环境下,瘤细胞(U266细胞)对骨细胞(Y4细胞)、破骨细胞的作用,及其对骨细胞分泌的RANKL表达的影响。
    方法:①建立液体流动装置,实验组为U266细胞培养液,对照组为Y4标准培养液,每组均设流动和不流动模式;体外细胞传代培养骨髓瘤细胞系U266细胞和小鼠骨细胞系Y4细胞;②再取新的Y4细胞,按实验分组再培养48 h,显微镜下观察骨细胞、破骨细胞的形态并计数;③ELISA定量检测RANKL的水平;Western Blotting检测RANKL蛋白;④建立RANKL+实验样品+标准培养液的体系,取RAW264.7细胞体外培养,用RANKL干预诱导,TRAP染色观察RAW264.7细胞株分化的破骨细胞数量及状态。
    结果与结论:①与对照组相比,U266细胞培养上清下的Y4细胞计数显著下降,形态变化明显;TRAP阳性细胞数增加和RANKL蛋白表达显著升高(P均< 0.05);②动模式较非流量模式,Y4细胞数量明显增多,TRAP阳性细胞数明显减少,骨细胞表达的RANKL蛋白降低(P均< 0.05);③结果说明,骨髓瘤细胞可以抑制正常骨细胞的生长和促进RANKL蛋白和破骨细胞的增殖。与静态相比,流体切应力可促进骨细胞的增殖,RANKL蛋白表达受抑制和抑制破骨细胞的增殖。因此,推测机械运动可以防止骨髓瘤骨病进展。 
    生物打印具有微网络流体通道的三维结构
    邹 强,孙 宇,李轩泽,吴展羽,杨 龙,王建吉,刘 琴,马敏先,叶 川
    中国组织工程研究    2019, 23 (2): 265-271.   DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.0688
    摘要433)      PDF (1000KB)(220)   

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    文题释义:
    3D生物打印:是在计算机辅助下,按照预先设计的三维结构,将活细胞与具有生物相容性的水凝胶复合物按照层层滴加原理来制造三维组织或器官。实验采用打印机是根据FDM级双喷头打印机改装的生物打印机,可根据实验要求调整打印相关参数,目的是一体化构建预血管化、大尺寸为一体的组织结构及保持其内细胞的活性。
    牺牲“骨架”:单纯水凝胶进行生物打印时易坍塌、不易成形。因此,在生物打印的蓝图里设计了内外骨架,在水凝胶固化前给予支撑,以解决坍塌难题。待打印好后,将骨架通过水溶法去除,便会得到自定义尺寸的三维微网络流体通道结构。因聚乙烯醇具有良好的生物相容性、一定的刚性和良好的水溶性,因此用其作为牺牲材料来打印牺牲骨架。
     
     
    背景:构建三维的预血管化系统,对于大尺寸、复杂三维结构组织内细胞的存活和功能表达均具有决定性作用。因此,寻找一种合适的预血管化策略已成为3D生物打印大尺寸、复杂三维组织亟待解决的问题。
    目的:对3D生物打印大尺寸、预血管化三维结构进行初步的探索。
    方法:用逆向工程软件Catia设计三维生物打印蓝图;以改装后的桌面级双喷头3D打印机为生物打印机,以聚乙烯醇为牺牲材料打印牺牲骨架;以大鼠骨髓间充质干细胞、海藻酸钠、琼脂糖和纳米纤维素溶液的混合物为细胞生物墨水。根据预先设计的参数进行生物打印,构建具有三维流体通道的组织工程三维结构体。观察打印获得的三维结构体,评价打印后及材料溶解后的细胞活性;体外培养打印获得的结构体,并用Alamar Blue试剂盒检测细胞在三维结构体中的增殖。

    结果与结论:利用Catia软件设计出了具有微孔的外壁及内部纵横交错的微管结构的双喷头打印模型,用该三维生物打印技术构建出具有自定义尺寸(尤其是高度)和预血管化的三维结构,结构体中细胞12 h的存活率为(95.47±0.54)%,随着体外培养时间的延长,细胞存活率下降并稳定在80%以上。随着培养时间的增加,构建体中的细胞增殖呈上升趋势。结果表明:该生物打印方法可用于通过使用各种生物水凝胶材料制造不同特性的三维结构体,在生物制造具有临床相关尺寸的预血管化的复杂组织器官方面具有潜力。

    ORCID: 0000-0002-4084-4799(邹强)

    鲫鱼鱼鳞跨尺度结构及成分的表征
    段婷婷,王吉辉,郭 雁,徐兴亚,汪得功,郑 威,黄玉松,李 宁,王 玲,辛培训
    中国组织工程研究    2018, 22 (26): 4191-4195.   DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.0949
    摘要525)      PDF (791KB)(372)   
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    文题释义:
    鱼鳞:作为鱼类的“天然铠甲”,对其内部组织起到了很好的防护作用,为鱼体提供了一道保护屏障。鱼鳞中含有很多的胶原蛋白,是食品及化妆品中的主要成分,因其结构复杂,可为复合材料的制备提供新思路。跨尺度结构:鱼鳞具有从厘米尺度到纳米尺度的不同结构,宏观、介观结构即整个鱼鳞片的表面结构和其在鱼体表面的排列方式等,对研究其减阻材料提供了借鉴价值;而其为纳米的有机-无机复合结构,将对新型复合结构材料的研发奠定基础。
    介观结构:是介于宏观与微观之间的一种体系,处于介观的物体在尺寸上已是宏观的,因而具有宏观体系的特点;但由于其中电子运动的相干性,会出现一系列新的与量子力学相位相联系的干涉现象,这又与微观体系相似,故称“介观”。 

     

     

    背景:鱼鳞因具备超轻和极好的韧性而成为研究的热点。
    目的:表征鱼鳞的跨尺度结构及成分。
    方法:取新鲜鲫鱼鱼鳞,去离子水清洗,进行光学显微镜、扫描电镜、X射线能谱、X射线衍射、傅里叶红外光谱和热分析。

    结果与结论:①光镜下显示,鱼鳞外表面较粗糙,整体分为遮盖区和暴露区两部分,鱼鳞整体呈现出不规则的六边形状态,以覆瓦形式排列于鱼体表面,形成微观的波纹状表面结构;②扫描电镜显示,鱼鳞截面粗略分为5层,第3,4层呈现出纤维状态,第1,2,5层为致密的层;前3层的主要元素为碳、氧、磷和钙,第4层主要有碳、氧和氮,且含有少量其他元素,第5层仅含有碳和氧;③红外光谱分析显示,鱼鳞外表面主要为无机物;内表面主要为有机物,还有少量无机成分;④X射线衍射分析显示,鱼鳞因以有机成分为主,未显示无机成分峰值,将鱼鳞适当处理后,结果显示其无机成分主要为羟基磷灰石;⑤热分析显示,鱼鳞的主要成分为有机质;⑥结果表明,鱼鳞是由有机胶原蛋白和无机羟基磷灰石组成的层状复合结构,这种复合结构赋予了鱼鳞极好的韧性,使其能有效防护内部组织受到侵袭和伤害。

    ORCID: 0000-0002-4849-1844(段婷婷)

    冠状动脉支架在弯曲血管中的血流动力学分析
    唐 丹,袁 泉,王志超,朱宏伟
    中国组织工程研究    2018, 22 (22): 3563-3568.   DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.0886
    摘要416)      PDF (883KB)(255)   

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    文题释义:
    血流动力学:指血液变形和流动的科学,其基本的研究对象是流量、阻力和压力之间的关系。由于血管是有弹性和可扩张性的管道系统,血液是含有血细胞和胶体物质等多种成分的液体而不是理想液体,因此,血流动力学除与一般流体力学有共同点之外,又有它自身的特点。对支架在血管内的血流动力学分析是评价其再狭窄率的重要指标。

    壁面剪应力:体内和体外研究表明,冠状动脉支架植入人体后,在壁面剪应力小于0.5 Pa的区域,会有内膜增生、血栓的现象发生,即产生再狭窄,相反,高于此值的部分则不会有新生内膜出现。

     

    背景:目前在支架植入的血液动力学仿真中,模拟的血管通常是直的,弯曲血管则没有被考虑。为使仿真结果具有可靠性,仿真的模型应更接近于实际情况。
    目的:对弯曲血管内支架再狭窄率进行研究,建立更接近人体实际情况的弯曲血管模型,解释临床上弯曲血管内支架再狭窄率相对较高的现象。
    方法:利用Creo5建模软件建立了冠状动脉支架的三维实体模型。借助于Ansys18.0有限元仿真软件通过布尔运算建立了弯曲冠状动脉(30°,45°,60°)支架的血液流场模型(弯管-支架流场),同时为了便于比较,建立了相同支架下直冠状动脉和支架的血液流场模型(直管-支架流场)。通过流体仿真研究,对比相应的低壁面剪应力区WSS,即WSS< 0.5 Pa时所占比例大小和流阻大小R。orcid.org/0000-0001-8052-5058

    结果与结论:①模型中无支架部位的壁面剪应力基本一致,均在0.5-1.0 Pa,且无论是在直管-支架流场模型还是在弯管-支架流场模型中,低WSS值都分布在支架筋的侧面区域;在弯管中,支架末端多出现了大面积的低WSS区域;②在直管-支架模型中,WSS< 0.5 Pa面积占总面积的百分比为16.14%,在30°,45°,60°弯管-支架模型中,WSS< 0.5 Pa面积占总面积的百分比依次为25.21%,28.65%,26.63%,均大于直管内支架,即弯曲血管内支架再狭窄率相对较高;③所有弯管-支架模型中WSS的分布基本一致,与曲率无关;④弯管-支架模型(30°,45°,60°)流阻均大于直管-支架模型[1.50,1.82,2.17,1.03 N•s2/(kg•m)];⑤结果表明,弯曲血管内支架再狭窄率相对较高。

    ORCID: 0000-0001-8052-5058(唐丹)

    中国组织工程研究杂志出版内容重点:生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程

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