在組織工程中研究3D打印的PCL結(jié)構(gòu)

南極熊從外媒了解，瑞典和挪威的研究人員在組織工程學(xué)上取得了長足的進(jìn)步，他們的最新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在“ 3D打印PCL結(jié)構(gòu)的計算和實(shí)驗(yàn)表征對軟生物組織支架的設(shè)計”中，當(dāng)研究人員研究介孔結(jié)構(gòu)對組織支架力學(xué)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(jìn)行了分析。動態(tài)（CFD）。

生物打印繼續(xù)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供巨大的潛力，研究生物相容性支架的制造以及改進(jìn)它們的新方法是一個嚴(yán)肅的話題。支架必須全面模仿人類細(xì)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(jī)械
• 運(yùn)輸
• 化學(xué)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(shè)備和支架：“半結(jié)晶聚（ε-己內(nèi)酯）（PCL）由于其長期的機(jī)械穩(wěn)定性，低熔點(diǎn)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(shù)”，研究人員說。

機(jī)械性能可以通過多種方式進(jìn)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(shè)計，盡管可以限制材料以滿足高分辨率需求，但可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速建模。盡管存在缺點(diǎn)，但其他替代方法（例如隱式曲面建模（依賴于數(shù)學(xué)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(yīng)用，使用以下方法全面了解其特性：

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

在研究細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響時，研究人員指出，盡管這部分支架還可以引導(dǎo)營養(yǎng)，細(xì)胞粘附和ECM復(fù)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(yīng)力的特性，細(xì)觀結(jié)構(gòu)也影響細(xì)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(shè)計的示意圖。（a）基本（B）和漸變（G）細(xì)觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建單元。（b）漸變和交錯（GS）介觀結(jié)構(gòu)的構(gòu)建單元。（c）通過計算流體動力學(xué)（CFD）模擬研究的虛擬生物反應(yīng)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(jié)構(gòu)形成的研究腳手架設(shè)計�？s寫：SD：線束直徑；SL：鏈長；SO：股線取向；SS：鋼絞線空間。

設(shè)計分為以下幾類：

• 基本的
• 梯度
• 梯度介觀結(jié)構(gòu)
• 交錯的細(xì)觀結(jié)構(gòu)
  

使用基本（B），梯度（G），梯度和交錯（GS）介觀結(jié)構(gòu)的腳手架的機(jī)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(guān)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(fù)制支架的中觀結(jié)構(gòu)設(shè)計。但是，還需要仔細(xì)控制環(huán)境因素，例如溫度，以實(shí)現(xiàn)可再現(xiàn)的支架特性。研究人員在總結(jié)性討論中解釋說：“即使環(huán)境因素的微小變化也可能導(dǎo)致股線凝固不均勻，并導(dǎo)致其他不良后果。”

“我們的結(jié)果表明，基于PCL的結(jié)構(gòu)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(jī)械和運(yùn)輸性能，GS細(xì)觀結(jié)構(gòu)設(shè)計是本研究探索的設(shè)計中最有前途的候選人。這種設(shè)計的支架的生物學(xué)功能應(yīng)在生物反應(yīng)器和/或原位研究中進(jìn)一步研究。”

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

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

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

[來源/圖片：“ 3D打印的PCL結(jié)構(gòu)的計算和實(shí)驗(yàn)表征，用于軟生物組織支架的設(shè)計 ”]