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創想三維:研究人員3D打印人造血管治療心血管疾病
http://www.2571001.com 2019年06月06日 14:20 中國教育裝備網
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  在最近發表的論文“用于藥物應用的3D打印制造的人造血管”中,研究人員不僅討論了心血管疾病為老年人死亡率的首要原因,而且還討論了通過3D打印制造人造血液的新方法。未來可以改善患者生活質量,減少心臟驟停和感染的血管。

  從歷史上看,人造血管(ABV)面臨許多挑戰,科學研究人員正在積極尋找其他血管支持方法。在這項研究中,研究人員試圖用聚合物材料和生物陶瓷納米粒子通過3D打印,打印出一種新的人造生物復合血管,其中所用的熱塑性聚氨酯(TPU)由納米晶羥基磷灰石(HA)納米粉末組成。

  (使用3D打印A粉末和TPU聚合物的雙組分生物納米復合材料ABV的原理設計和構造)

  對科學家來說這并不是新的實驗,文獻記載可追溯到1912年,研究人員開始使用金屬和玻璃管的組合為需要心臟手術的狗制造人工動脈。也有研究表明,研究人員能夠為動脈置換創造聚合物基質,藥物治療一直是治療心血管疾病(CVD)患者的主要方法,同時還有手術治療。

  隨著研究人員開始制作人造靜脈的過程,人們對適當的生物相容性材料給予了很多考慮。主要分三個步驟創建:

  1、牛骨制備納米晶HA粉末,研磨10小時,然后加熱至800-850℃3小時以純化材料。

  2、TPU聚合物研磨成較小的顆粒,然后與HA粉末濃度混合。

  3、長絲3D打印以制成人造靜脈,每個人造靜脈的直徑為6毫米。

  (ABV采用CAD軟件設計; a)多個分支,b)兩個分支,和c)使用實體工作軟件的單分支)

  研究人員指出,雖然TPU的缺點是耐磨性和不同溶劑中的一些“缺乏透明度”,但有以下優點:

  高強度

  生物相容性

  非粘著

  極性高

  在高能球磨機中,TPU生物聚合物與各種濃度的HA功率(0,2.5,5和7.5 wt%)混合,將混合的復合粉末以特定的加熱速率插入擠出機中。然后,用均化的TPU-HA長絲提取所得結果并將其插入3D打印機中。

  a)設計雙分支ABV,b)在簡化3D軟件中設計固體工程軟件和ABV模型中的容器的方法,c)SEM圖像的頂部和d)由3D打印機構建的SEM圖像的橫向視圖(孔徑:50- 100微米)

  在評估機械和生物特性后,研究人員發現聚合物的生物降解性發生了變化并影響了機械性能,ABV能夠在人體內“多次”發揮作用,并在高血壓和肺靜脈運動中存活。

  新的生物技術ABV緊密,靈活,抗凝血,同時它們還具有基于納米技術的心臟心悸適應系統以及粘合劑內特定微觀分子的加載。利用原子和分子水平的分析材料以及納米技術使這些荊棘能夠進入磁芯(干細胞)。當干細胞被吸收時,它們會覆蓋莖的整個內表面并成為內皮細胞。研究人員表示,使用這些聚合物材料可以在人類ABV中進行移植,從而有助于為身體組織提供營養。

  研究小組的真正目標是利用冠狀動脈和下肢動脈之間的聯系來預防心臟驟停和截肢,他們還懷疑ABV可以在感染中提供生物相容性和無毒性,同時提供類似聚氨酯的機械和血液相容性。他們還補充說,在FDM 3D打印中使用變化的“三角形運動”時,與其他高孔隙度運動相比,有可能形成更均勻的容器,從而可以更好地控制ABV壁的孔隙度。

  總體而言,雖然人造靜脈的使用存在挑戰,但研究人員表示,“血管置換的選擇性血管”必須創造替代品-尤其是那些能夠容納靜脈較小患者的替代血管。

  (通過在a)酸性溶液中浸泡的3D打印制備的人造生物納米復合材料的生物測試結果,b)在鹽水溶液中的樣品固定,和c)SBF溶液21天)

  根據研究結果,分析模型和實驗評估的結合可用于模擬動脈血管的微機械行為。值得注意的是,血管的孔隙率顯著影響靜脈的剪切應力和彈性模量。在這方面,研究結果表明血液流變行為對剪切應力變化的顯著影響。本研究的結果證明了阻塞率,孔隙位置和靜脈中增強程度對管子彈性模量和孔隙率的影響。此外,樣本的生物學行為表明,添加生物陶瓷可以提高管的彈性模量響應。

  心血管疾病發病率為全球第一,全球每年有約1.56億人,是人類疾病的第一大的殺手。世界各地的研究人員不斷致力于創新,聚焦3D生物打印血管研發,以改善患者的生活。

  來源:創想三維 https://www.cxsw3d.com/

    更多信息請查看企業專區:http://www.2571001.com/cp49554


責任編輯:董曉娟
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