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熔体近场直写技术在组织工程中的应用


1、技术介绍:

熔体近场直写技术:采用计算机辅助设计和控制,将熔体静电纺丝与基于熔融挤出的3D打印技术相结合的一种增材制造技术。该技术通过射流速度与收集平台移动速度的匹配可以实现纤维的逐层精确沉积,制备具有特定图案和纤维排列的微米/纳米纤维,不存在有机溶剂的挥发和残留,可用于构建特定的3D组织结构。

2、技术优势

熔体静电纺丝直写技术的优势:熔体静电纺丝直写技术将熔体静电纺丝技术和基于熔融挤出的 3D 打印技术相结合,同时采用计算机辅助设计和控制。熔体静电纺丝直写技术除了具备传统静电纺丝的优点外,还能够实现纤维的逐层精确沉积,可以更好地模拟天然组织的复杂结构;直径更小的纤维,形成高度有序的多孔结构。

1:熔体近场直写原理图

3、熔体近场直写技术在组织工程中的应用

 

3.1 近场直写技术组织工程支架调控细胞行为

组织工程支架需要满足细胞的定植、迁移、生长、分化和细胞外基质的沉积,支架的物理、化学、力学和生物学特性对支架 - 细胞的相互作用都会产生不同程度的影响图二因此,优异的支架应具备良好的生物相容性、一定的可降解性、亲水性的表面、开放和足够的孔隙、足够的机械强度、合适的孔径和形状等性能

2:对细胞行为的调控影响

3.2熔体近场直写重建血管和神经

熔体静电纺丝直写技术在纳米和微米范围内可以实现对支架结构( 孔径和形状、纤维铺设角度、高度 ) 和纤维直径的高度可重复控制,制造具有高表面体积比的高度有序多孔支架。由于氧气和营养物质在组织内扩散极限是 150-200 µm,实现组织血管化需要对血管网络的几何形状进行明确控制,即实现仿生制造需要构建复杂的分层结构,支架需要有明确的三维形貌在神经再生领域,熔体静电纺丝直写支架为神经再生提供 3D 环境,通过熔体静电纺丝直写技术制备的支架与基质结合创建用于神经再生的3D 模型,实现了功能化神经元网格的形成

3.3熔体近场直写重建软硬组织界面

熔体静电纺丝直写支架对于细胞行为的调控在牙周韧带 - 骨界面再生的过程中也发挥着一定的作用,通过制备具有不同的纤维排列、孔径、孔隙形态的支架,调控成骨和巨噬细胞极化,在以炎症为特征的牙周炎治疗中具有重要作用可以实现小直径纤维的精确控制组装,重建骨软骨组织的各向异性纤维结构,为构建具有空间分层和机械性能增强的仿生支架提供潜在的可能。

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