摘要
近年来，组织工程在生物医学领域发展迅速，在受损器官修复与再生、药物筛选及病因研究等诸多场景中的应用已经日益广泛。理想的组织工程支架应当兼具出色的理化特性、机械性能及生物相容性。因此，组织工程支架的制备方法至关重要。 微纳打印技术主要包括挤出式打印、光固化打印、静电纺丝及电直写打印等，可兼容生物材料，实现复杂微纳结构的制备及定制化设计，被广泛应用于组织工程支架的制备。其中，电直写打印技术可实现微纳米级纤维的精确沉积，具有分辨率高、可控性强及适用材料广泛等优点。电直写打印工艺可通过对细胞、生物分子等微小单元的精确定位和排列制备出具有特定结构和功能的组织工程支架，用于修复受损器官和结构，促进组织再生。然而，目前电直写打印工艺仍面临着设备成本高、缺乏系统研究等挑战。 基于上述现状，为实现具有定向排列、有序沉积、高分辨率和高生物相容性的组织工程支架的制备，提升再生效率，本文自主搭建了低成本电直写打印平台，建立了相应的COMSOL仿真模型并系统研究了电直写打印工艺的成型机理、打印参数对纤维分辨率的影响机制，开发了兼备良好生物相容性及可打印性的生物墨水，在其最佳打印参数下制备了单层及多层网格微结构。主要内容如下： （1）搭建及调试电直写打印平台。自主设计并搭建了一个功能完备的电直写打印平台，该平台集成了电场供给、材料输送、三维运动控制以及实时监控等核心功能。在调试阶段，以聚氧化乙烯（PolyethyleneOxide,PEO）溶液作为测试材料，成功实现了微米级纤维的制备，为后续组织工程支架的制备和生物墨水研究奠定了基础。 （2）建立仿真模型并分析射流成型机理及打印参数的影响机制。对电直写打印中射流形成的机理及其临界条件进行了理论分析，采用COMSOLMultiphysics有限元仿真软件建立了打印的数值模型。模拟结果表明，随着电场强度的增加，纤维宽度呈减小趋势。为验证这一理论结果，进一步选用不同浓度的PEO溶液，重点探究了浓度、电压、距离、移速等参数对纤维形态及直径的影响，实验结果与仿真趋势一致。这一结论不仅验证了理论分析的正确性，也为后续优化电直写打印工艺提供了重要的实验依据。 （3）开发生物墨水及微结构打印。在不同浓度的不同浓度的海藻酸钠（SodiumAlginate,SA）的基础上加入了上述最佳浓度的PEO制备了复合生物墨水，显著改善了SA的打印性能。并使用大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞（PC12）对其细胞相容性进行测试，结果表明三个浓度的生物墨水均可较好的兼容细胞。综合考虑生物相容性及可打印性两个因素，最终确定2%SA/7%PEO为最佳比例墨水，并通过不同喷射模式实现了多层微米网格结构的构建，最小尺寸可达到2.48±0.27μm。 综上所述，本文利用自主搭建的低成本电直写打印平台研究了电直写打印的成型机理及不同参数对沉积纤维分辨率的影响机制，开发了SA/PEO复合生物墨水，探究了其最佳打印模式及打印参数，制备了单层及多层网格微结构，为受损神经、肌肉等组织的修复提供了新思路。
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