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四川大学李怡俊:先进聚合物加工技术在骨组织工程方面的研究现状与发展前景

学术动态    2022-06-20 16:30

DOI: 10.3389/fbioe.2022.895766

 

先进聚合物加工技术因其对复杂力场的独特控制和可定制性而受到广泛关注,并已广泛应用于诸多领域,尤其是在生物工程和生物技术功能器件的制备方面。本综述简要介绍了各种先进的聚合物加工技术,包括旋转挤出、静电纺丝、微注塑成型、3D打印及其在细胞增殖、骨修复和人造血管领域的最新进展。本文不仅有助于研究人员对先进聚合物加工的全面理解,而且为下一代生物医学工程设备的设计与制造提出了指导性意见。

 

图1.(A)旋转挤压流变仪示意图;(B)MT、ST和RT管的扫描电子显微镜(SEM)和小角X射线散射(SAXS)结果;(C)由Polyflow获得的MT、ST和RT的流动特性

 

图2.(A)通过旋转挤压技术进行原位原纤化的示意图;(B)具有不同超细纤维结构的失效复合管及相应的应力-应变数据;(C)在不同条件下制备的管材的环向强度和轴向强度以及施加在聚合物管材上的环向扭矩应力分析;(D)POE/MMT管的径向力学性能;(E)有无弯曲应变作用时,不同管材在5V电压及最高温度下的红外热图像。POE/CF指常规挤压管;(F)GR对CF网络的限制作用示意图

 

图3.(A)静电纺丝基本装置;(B)静电纺丝喷射路径的原型瞬时位置示意图;(C)由于表面张力,液体从喷丝头中挤出,产生悬浮液滴;(D)单根静电纺丝纤维的结构多样性

 

图4.(A)在不同电压下制备的电纺PVDF纤维的表面形态和细胞增殖;(B)吸水性。照片显示了吸水后支架形状恢复以及样品的力学性能和生物相容性;(C)多层静电纺丝示意图和实际样品图;(D)载有细胞的多层PCL-PLGA管的制造示意图

 

图5.(A)微注塑成型装置示意图;(B)微注塑成型件;(C)高剪切诱导结晶的SEM图像;(D)不同注入速率下微注塑成型技术制备的PLGA/PCL材料的SEM照片

 

图6.(A)蜂窝尼龙的制备和水接触角数据;(B)使用微注塑和纳米压印制造的宏观弯曲亚微米超疏水表面结构;(C)不同孔径微注塑样品的SEM图像和细胞增殖图像;(D)微注塑通过原位纤维化提高材料的尺寸稳定性

 

图7.(A)喷墨3D打印装置示意图;(B)激光辅助生物打印系统及其用于打印3D基质模拟结构的示意图

 

图8.(A)不同孔径3D打印纤维的SEM形貌和细胞增殖数据;(B)通过打印,将生物分子图案应用于细胞行为研究和组织再生;(C)使用激光辅助生物打印制造hESC-LESCs和人类脂肪间充质干细胞(hASCs)3D角膜;(D)激光辅助生物打印几何结构的体内示意图以及小鼠颅盖骨修复实验图