信息发布

 

科研进展
杨守峰、仲高艳科研团队在Ceramics International上发表论文,阐述聚醚醚酮/羟基磷灰石(PEEK/HA)复合材料3D打印构建骨生物工程支架独特方法
发布时间 : 2017-10-09   已浏览:

日前,杨守峰、仲高艳科研团队以南京农业大学为第一作者单位和第一通讯作者单位在Ceramics International(JCR分区:Q1;类别:Materials Science,Ceramics;排序:2/26)上发表论文“Characterization approach onextrusion process of bioceramics for 3D printing of bone tissue engineeringscaffolds”,阐述了聚醚醚酮/羟基磷灰石(PEEK/HA)复合材料3D打印构建骨生物工程支架的独特方法。

由Langer和Vacanti于1987年首次提出的组织工程学(Tissue Engineering,TE)将生物医学和工程学原理应用于损伤组织的功能性替代物的开发,以恢复、维持或改善组织功能。在过去的三十年中,随着材料科学和制造技术的发展,TE得到迅速发展,因为它可以解决组织损伤修复或衰竭器官替代等重大医疗需求,其开创性的医疗应用已经用于构建皮肤,软骨,骨,神经,肺,肝,胰腺,肠,食道,韧带,腱以及相对复杂的类器官。

作为TE三个重要元素之一的组织工程支架(Tissue engineeringscaffold,TES)是一种可渗透结构,其作为合成细胞外基质起作用,使细胞在有利的方向发育,并促进细胞附着,扩增和分化。2001年,杨守峰以第一作者在Tissue Engineering上发表论文“The Design of Scaffolds for Usein Tissue Engineering. Part I. Traditional Factors”,详细阐述了TES的复杂要求和特异的结构和功能,指出TES不仅需要具有所需生物特性和机械性能,而且需要互连网络通道以有利于细胞生长,并且详细分析了适合TES的材料和制造方法。该论文成为TES标杆性的引导,单篇论文引用率为1237次(Web of Science 2017年10月8日数据)。

在此基础上,杨守峰教授科研团队在英国南安普顿大学首次提出了独特的聚醚醚酮/羟基磷灰石(PEEK/HA)复合材料3D打印构建骨生物工程支架的方法,如图1所示。聚醚醚酮(PEEK)是一种半结晶热塑性塑料,是金属生物材料的极好替代品,具有良好的生物相容性,体内无细胞毒性作用,具有超强的机械性能,弹性模量类似于皮质骨,生物稳定性高,抗压缩负荷大,用于组织工程支架可减少应力屏蔽。由于具有上述优点,已有许多PEEK生物复合材料方面的研究,如表面改性、用生物活性材料涂覆PEEK植入物,并产生多孔PEEK结构,用于更好地骨生长和骨愈合。羟基磷灰石(HA)是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机组成成分,人的牙釉质中HA的含量约为96Wt.%,骨头中也约占到69Wt.%,HA具有优良的生物相容性和生物活性。

仲高艳副教授在英国南安普顿大学访学期间,参与了该项目的研究。在详细分析了低温挤出过程和现有挤出压力表征方法后,提出了创新的Three-pointexperimental extrapolation挤出压力表征方法,经试验验证这种方法表征精度明显高于传统方法。在优化了低温挤出3D打印机的拓扑结构和打印参数后,通过低温挤出打印的HA支架表现出了均匀的微观结构,如图2(a)所示,在HA支架的细丝横截面的内表面上观察到了由烧结诱导的微孔,如图2(b)所示,其适合于体内细胞附着。

该研究成果验证了由杨守峰教授科研团队首创的低温挤出3D打印TES过程的有效性,以准确控制TES微结构并产生非常一致和可重复的整体过程。此外,由Mohammad Vaezi,Gaoyan Zhong, Hamed Kalami and Shoufeng Yang撰写的论文“Extrusion-based 3Dprinting technologies for 3D scaffold engineering”已经收录在即将出版的专著《Functional 3D Tissue EngineeringScaffolds: Materials, Technologies and Applications》(ISBN: 9780081009796)第10章,并且由杨守峰教授科研团队打印的组织工程支架已经印入专著封面,如图3所示。

TE中最重要的挑战之一是设计和制造理想的生物可降解支架,从而允许细胞粘附和增殖,以保持细胞特异性,同时适合外科手术。用3D打印方法构建PEEK/HA复合材料骨生物工程支架对骨组织工程替代品的临床应用具有非常重要的意义。目前PEEK/HA骨生物工程支架最大挑战在于如何构建具有所需特性如降解率,孔隙率,孔径,形状,分布和机械性能的支架以及生物性能的血管化互连网络通道。以上科研工作,为进一步构建PEEK/HA复合材料3D打印骨组织工程支架血管化互联网络通道奠定了基础。

上一条:我院方真教授团队主编新书《双功能催化剂生产生物燃料和化学品》由斯普林格出版 下一条:李虎博士在国际学术期刊Applied Catalysis B和Green Chemistry发表学术论文

关闭

版权所有:南京农业大学工学院      地址:江苏省南京市浦口区点将台路40号      邮编:210031        苏ICP备11055736号-3

总访问量:
今日访问量: