激光加工组织工程生物材料研究进展

吕大娟等:激光加工组织工程生物材料研究进展　　　　《激光杂志》2009年第30卷第4期　　　　LASERJOURNAL(Vol.30.No.4.2009)

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激光加工组织工程生物材料研究进展

吕大娟,童杏林,李　磊,林　凯,刘忠勋

(武汉理工大学光纤传感技术与信息处理教育部重点实验室,武汉　430070)

提要:近年来,人们在不断探索组织工程生物支架新的制备方法以提高其性能。本文综述了近年来激光加工组织工程生物材料研究概况,

通过比较长脉冲激光和飞秒脉冲激光加工特点,展示了飞秒脉冲激光加工组织工程生物支架材料的独特优势。

关键词:组织工程支架;飞秒脉冲激光;制备工艺中图分类号:TN248.1　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:0253-2743(2009)04-0007-03

Advancesinresearchonlasertechniquesforthefabricationofthetissueengineeringscaffold

LUDa-juan,TONGXing-lin,LILei,LINKai,LIUZhong-xun

(KeyLaboratoryofFiberOpticSensingTechnologyandInformationProcessingofMinistryofEducation,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430070,China)

Abstract:Recently,afewnoveltechniqueshavebeensuccessfullyusedtofabricatetissueengineeringscaffoldfortheimprovementofbiomaterialproperty.Inthispaper,http://parisonofthemainadvantagesbetweenthescaffoldfabricatedbyfemtosecondpulselaserandofthestructuralandthescaffoldfabricatedbyconventionallongpulselaserhasbeencarriedout,suggestingthatfemtosecondpulselaserisapotentialapplicationforfabricationofthetissueengineeringscaffold.

Keywords:tissueengineeringscaffold;femtosecondpulselaser;fabricationtechnology

　　21世纪是生物科学飞速发展的时代,新的生物技术和生物材料层出不穷。长期以来,组织和器官的衰竭、损伤是人类生命健康面临的主要问题,以往主要采用器官移植并辅以药物治疗的方法,其疗效显著并被人们广泛接受。但是传统的治疗方法存在很多弊端,例如:同种异体器官移植的供体器官严重不足和生物相容性问题,而异种移植存在免疫学等问题,这些都使得这些医疗手段受到极大的限制细胞生物学、分子生物学、。

1　组织工程生物支架的制备方法

组织工程是指应用生命科学与工程学的原理和技术,设计、组建、维护人体细胞和组织的生长,并恢复受损的组织或器官的功能,其核心就是将体外培养扩增的正常组织细胞,吸附于生物相容性良好并可被机体吸收的多孔三维生物材料支架上形成活性复合体,然后将细胞-生物材料复合物植入机体组织、器官的病损部分,细胞在生物材料逐渐被机体降解吸收的过程中形成新的在形态和功能方面与受损器官、组织相一致的替代物,从而达到修复创伤和重建功能的目1〕的〔。

组织工程研究的三大要素是种子细胞、支架材料和可溶性调节因子,其中细胞支架材料起中心作用,它不仅为特定的细胞提供结构支撑作用,而且还起到模板作用,引导组织再生和控制组织结构,相当于人工细胞外基质,是组织工程研究取得成功必不可少的物质基础。

2-5〕

组织工程的支架材料一般应具备如下特性〔:(1)组织相容性;(2)生物可降解性;(3)降解可调性,支架降解速率应与组织细胞生长、繁殖的速率相匹配;(4)降解无毒性;(5)可加工成各种形状和结构,易于重复制作;(6)高孔隙率的三维立体结构,有利于细胞生长,相互贯通的多空网促进养分的传输、代谢产物的排放和气体交换;(7)高比表面积,良好的表面性质有利于细胞的粘附、分化和增殖;(8)具有适应种子细胞生长、繁殖所需要的物理和化学特性,例如,为了能在一定的时间内保持其外形和结构的完整性,支架材料须具有良好的可塑性和符合细胞、组织器官生物力学要求的机械强度。目前,充当细胞外基质作用的材料除少数天然材料外,大多数为合成高分子材料如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)

收稿日期:2009-04-09

作者简介:吕大娟,(1986-),女,硕士研究生,主要从事新型光电子材料于器件及激光先进制造技术的研究。

以及它们的共聚物(PLGA),这三类材料均已获得美国FDA批准用于人体试验。世界上许多国家都已加强对组织工程支架的研究与开发,我国虽起步较晚,该研究了。

,、高比表面积和,。:天然材料、生。其中以聚合物材料的应用最为广泛。以下主要从聚合物的角度概括了组织工程用支架材料

6-8〕

的一些制备方法,主要有〔:纤维粘接法、静电纺丝法、相分离法、气体发泡法、溶液浇注-沥滤法、颗粒烧结法等。

这些方法虽然可获得较成功的组织工程支架,但是所得到的组织工程支架缺乏力学强度、孔隙的相互贯通程度低、孔隙率与孔分布的可控性差,对细胞的长入和组织的血管化不利。近年来,有关学者将在结构材料加工研究中已得到高

9〕

度发展的快速原型技术应用到组织工程支架制备中〔,该技术具有快速、准确、可匹配个体的复杂实体制造的优点,但所制备的高分子材料组织工程支架的孔隙结构依然达不到实际生物医疗应用要求的标准。激光加工技术为组织工程生物支架的制备开辟了一条新的道路。1.1　激光加工制备法

激光具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等一系列优点,对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大,特别适用于自动化加工,激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,已成为企业实行适时生产的关键技术,为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。目前,激光技术已经融入我们的日常生活之中,在加工技术领域作出巨大贡献。与其他常用工业加工技术相比,激光加工由于其非接触性、高效率、加工精度高、无工具磨损等优点而成为加工工业的佼佼者。1.2　长脉冲激光加工

激光加工已被国内外学者广泛用于聚合物生物芯片微加工和支架烧结成型的研究中,有关工作的重点主要集中在

10,12〕

材料的可加工性及加工精度的控制上〔。鉴于激光加工能基于一块材料根据不同要求加工出不同的形状,近年来激光技术已开始用于对高分子组织工程材料加工的研究13〕上〔。周永恒等人利用CO2激光切割聚羟基醚聚合物材料

14〕15〕

成功加工出血管内支架〔。UnaPrendergastl等人〔采用准分子激光在聚合物表面加工出槽孔阵列,用作骨格接入移置

16〕

支架。FernandoSerrano等人〔采用Nd:YAG激光烧蚀微加工获得的高密度微孔聚酯膜用作细胞移植到治疗溃疡、烧伤

〔17〕

等损伤区的基体。S.Gaspard等人研究发现采用飞秒和纳

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的,只有大于阈值的焦点中心部分发生固化),这就是飞秒激

光能进行三维支架加工的基础。

飞秒激光凭借固有的超短和超强特性,较传统激光加工具有许多不可比拟的独特优势,主要表现为以下几个方22-24〕面〔:①加工过程的非热熔性;②加工程度的准确性、③加工尺寸的亚微米特性和3D空间分辨性;④加工材料的广泛性;⑤加工能量的低耗性。近年来,飞秒激光微加工方面的研究进入了世界科学的前沿。利用飞秒激光切割能够进

25〕

行三维精密制造特点,德国汉诺威激光中心WeissP等人〔已采用飞秒激光加工热塑料聚酯聚合物材料成功地制备出血管支架。飞秒激光具有亚微米尺度的加工精度,可加工尺

μμ寸为200m至500m的孔洞,能够通过打孔增强特 …… 此处隐藏：9773字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……