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3D打印水凝胶支架的工艺

更新时间: 2019-09-25 16:45:48  查看次数: 311    

       水凝胶网络主要通过物理交联和化学交联两种交联方式交联得到的,其中,物理交联是通过次价键力,包括氢键、离子键、配位键的形成而得到交联网络。由于物理交联键的键能比较弱,物理交联水凝胶在溶胀过程中或者在高压下,交联聚合物的网络发生松弛或解散,因此水凝胶的强度降低。但是另一方面,水凝胶网络的松弛或解散也可能导致线性高分子在摩擦界面形成一个新的分子链团,并且能够起到良好的润滑作用。化学交联常用的方法有自由基聚合反应,光引发交联,辐射交联。由于化学键或共价键的键能较高,因此,化学交联的水凝胶在外力的作用下较难将网络内部的水分挤压出来。


       作为交联聚合物,交联度能够影响水凝胶的弹性。水凝胶的模量及强度是影响摩擦性能的重要因素。同样,结晶性水凝胶的结晶度对模量、强度等也有影响。郭兴林等利用不同交联方法得到了不同交联度的聚丙烯酸-β-羟乙酯(PHEA)和聚甲基丙烯酸-β-羟乙酯(PHEMA)水凝胶及结晶度不同的PVA水凝胶,在水凝胶在去离子水中达到溶胀平衡后测试了其摩擦系数与负载之间的关系。结果表明,PHEA、PHEMA和PVA水凝胶的摩擦系数均随交联度或结晶度的增大而增大。水凝胶交联度大,内部自由水运动困难,在一定的负载下,表面被挤出的水分较少,产生的润滑作用小,表现为摩擦系数大。同样,高结晶度的水凝胶内部的交联网络较为致密,表面层水分很难被挤出,无法在基板与水凝胶之间起到润滑作用,同样也会导致摩擦系数的增大。


       在生物组织工程的应用中,对支架材料的强度、摩擦性能、生物相容性提出了要求,同时要求对支架的结构、成型方法提出了要求。近年来,水凝胶的广泛研究,水凝胶作为一种无毒、无害、高含水量、高润滑以及良好的生物相容性材料,被认为是作为组织工程支架的极具潜力的材料。而目前对于水凝胶支架的加工方法尚且存在一些不足,例如前文中所提到的利用激光光刻技术光交联3D成型水凝胶支架的技术,虽然能够快速成型水凝胶支架,但是支架内部的交联不均匀,而且由于激光交联时容易分散,导致支架的结构不够精细。一种能够快速成型得到具有精细结构的水凝胶支架的方法才能够满足组织工程的需求,同时,作为在人体内进行细胞培养的支架,不可避免会与人体组织或器官接触,研究水凝胶支架的力学性能、摩擦行为以及生物性能是十分有必要的。本文选用生物相容性良好的聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)作为制备水凝胶支架的材料,通过基于喷嘴的3D打印方法制备了SiO2/PVA复合水凝胶支架以及SA水凝胶支架。