3D打印細胞負載水凝膠支架優(yōu)化控制研究.pdf

1、細胞在三維環(huán)境中的形態(tài)、功能、基因表達等生理特性與在二維平面培養(yǎng)條件下存在顯著差異，構建三維組織工程支架對于組織器官再生具有重要意義。水凝膠是一種極適于構架三維組織工程支架的材料，因其具有親水且生物相容、生物可降解，以及包裹細胞的能力。生物三維打印技術能裝配細胞/水凝膠，在體外構建內部多孔結構的細胞負載水凝膠支架，滿足組織形成對幾何、機械、流體運輸等的特殊要求。但由于水凝膠多變的理化特性，實際打印的支架結構形態(tài)難以精準匹配設計值，而支架

2、的局部或整體變化會對其所具有的幾何、機械及液體傳輸特性產生較大影響，影響細胞活性與功能。按照預設參數精準制備支架，提高支架的可控性和可重復性，對組織工程研究有重要意義。
　　本文首先對組織工程支架制備及水凝膠三維打印技術的現狀和進展做了簡要綜述，結合三維打印工藝優(yōu)化分析，探討了光學相關層析成像技術在三維打印整體優(yōu)化控制研究中的應用潛能及前景。優(yōu)化了現有的打印參數可控的生物三維打印平臺，并設計搭建了基于掃頻OCT成像的生物三維打印細

3、胞負載水凝膠支架定量分析系統(tǒng)。
　　分別探討不同水凝膠材料的性質及打印模型的設計要求；構建了6種不同幾何結構的支架模型，將明膠/海藻酸納混合液定位裝配成三維組織模型；利用 OCT無損成像技術，定量表征分析支架的結構參數，比較實際打印結果與預設參數的差異；結合差異相關分析和三維打印工藝過程優(yōu)化，選擇兩組支架，通過迭代方法降低打印支架與設計的形態(tài)差異；驗證該優(yōu)化控制系統(tǒng)對精準制備細胞/水凝膠支架的改善效果。
　　研究結果表明，基

4、于光學相關層析成像技術無損在線定量表征分析評價水凝膠支架形態(tài)結構參數，反饋迭代優(yōu)化打印參數設置，指導打印過程，使得細胞負載水凝膠支架的結構形態(tài)參數與設計值的偏差從40％左右控制到7%以內，細胞培養(yǎng)兩周后的存活率從80%左右顯著提高到90%以上，水凝膠內細胞的形態(tài)利于組織形成。表明該系統(tǒng)為表征組織工程支架、控制生物三維打印過程、監(jiān)測組織工程等提供極具潛力的精準化研究工具。有助于推動功能OCT技術的發(fā)展，促進組織工程、細胞三維打印檢測和反饋