在数字光处理中控制的机械性质梯度 打印的凝复合材料骨质合金支架

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 组织工程是组织工程.
• 机械工程 机械工程

背景情况:

• 组织工程支架需要与本地组织匹配的机械特性来引导细胞行为.
• 目前的支架往往缺乏精确控制硬度梯度,以模拟复杂的组织微环境.

研究的目的:

• 设计和制造具有空间变化的几何形状和受控制的刚度梯度的微型架架.
• 在组织内模拟微米级的菌株梯度,以引导细胞机械生物学反应.
• 为了创建骨髓缺陷再生的支架,具有明显的软骨和骨层.

主要方法:

• 使用定制投影微观立体 lithography (μSLA) 系统与数字光投影 (DLP) 和可光聚合的聚乙烯糖 (PEGDA) 水凝单体.
• 开发了三种设计:均结构,梯度结构和骨质粒体双层,特征大小小小于200微米.
• 采用有限元模型 (FEM) 作为设计指导和预测的机械环境,通过X射线显微镜 (XRM) 和压缩测试进行验证.

主要成果:

• 实现了对软骨 (1MPa) 和骨 (7MPa) 的目标模块,同时保持68-81%的多孔性.
• FEM准确地预测了区域硬度,并通过XRM成像和压缩微型结构结构来验证.
• FEM表现出应力屏蔽效应,并预测了水凝灌装中的应力分布.

结论:

• 由μSLA打印的聚合物制成的复合结构支生理负荷,并允许控制机械性能梯度.
• 这些先进的支架显示出改善骨质突缺陷组织再生体内结果的潜力.
• 集成的3D成像和FE分析为复合脚手架中的细胞机械环境提供了关键的见解.