摘要
3D打印技术由于其按需定制、绿色制造等优点，引起了学者广泛的兴趣。尤其在生物医学材料领域，如骨、软骨、心血管、肝胰腺、肌肉和皮肤组织仿生材料的制备上得到了成功应用。但其在微尺度结构上的制造还存在挑战。微流控是一项在微纳级单位上控制流体或微小单位的技术，其具有优越的精确控制性、灵活的操作性和微纳米尺度的集成性。近年来，基于微流控3D生物打印技术在构筑宏观生物单元的同时，实现了微纳米级结构的精准调控。采用这项技术来制造具有复杂结构或功能的组织和人造器官是生物医学材料的重要研究方向之一。 基此，本文基于微流控3D生物打印技术制备了生物医学材料，用于生物医学上的组织修复。首先，选用天然聚合物，通过微流控3D生物打印技术克服了天然聚合物打印性差的缺点，打印出水凝胶软骨支架用于软骨修复；在该技术的基础上，结合物理相转变原理制备了螺旋纤维，并将其结合水凝胶制成用于伤口愈合的伤口敷料。具体工作如下： （1）受天然软骨的启发，通过胶原蛋白（Coll）和透明质酸（HA）共价交联和海藻酸钠离子交联合成双交联网络水凝胶P（Coll-HA-co-SA）（PCHS）。分析了PCHS的结构与形貌，并研究了其溶胀性能、降解性能、机械性能和生物相容性等。双交联网络水凝胶的平均孔径从单网络水凝胶的88μm降至20μm，溶胀平衡比由184.3%降至42.4%。其拉伸强度从0.29MPa提高到0.97MPa，压缩强度也从0.2MPa提升到0.9MPa。此外，该材料的细胞存活率达到了100%，且其剪切稀化的流变性能都满足了作为软骨支架打印材料所必要的条件。 （2）基于微流控3D生物打印新技术构筑了三层梯度软骨支架（TLGS），并将其用于软骨修复。构建了SpragueDawley（SD）大鼠软骨缺损模型进行体内实验，探究了该支架对SD大鼠软骨损伤的修复作用。通过大体评估和染色分析得出TLGS表现出比无梯度支架更强的促修复效果，其四周修复效果达80%以上。通过Micro-CT测试发现，TLGS缺损修复的骨体积/总体积（BV/TV）值达50%，比对照组提高了32%。以上结果证明了TLGS能够促进软骨和软骨下骨同时再生，为软骨再生提供了一种新型的软骨修复支架。 （3）提出了基于微流控3D打印技术制备螺旋纤维的新策略，并将螺旋纤维与水凝胶结合，得到的复合材料具备更强的机械性能与愈合效果。以醇溶性聚氨酯（APU）为原料，采用微流控3D打印技术，制备了螺旋纤维。研究了打印参数对螺旋纤维的形貌与力学性能的影响。该制备工艺使APU纤维的拉伸强度从1.3MPa提高到3.3MPa。将得到的螺旋纤维与双层水凝胶复合后，制备了双层凝胶材料中间层组合APU螺旋纤维的复合材料（AHF-BH），并将其应用于伤口愈合。所制备的复合材料的拉伸强度为0.92MPa，比双层水凝胶提高了0.43MPa。复合材料对伤口的愈合率达87.7%，比对照组提高44.7%。复合材料处理后新生皮肤组织的厚度达2.822mm，比对照组增加了1.541mm。
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