聚氨酯—胶原复合外耳支架的制造及基础研究

论文摘要

外耳重建是外科整形手术中最具挑战性的手术之一。其关键在于耳廓支架的构建。目前主要采用自体软骨手工雕刻和进口的高密度多孔聚乙烯材料组装而成。两者都不能满足患者的要求。本论文采用熔融挤压快速成形技术来完成外耳支架的构建,获得外形逼真的个性化外耳支架。并在此基础上结合传统的工艺,设计了聚氨酯—胶原复合外耳支架,改善其生物相容性。论文的研究工作包括两部分:外耳支架的快速成形制造研究和改善外耳支架的生物相容性的基础研究。外耳支架的快速成形制造研究包括外耳支架的三维重构设计、快速成形系统开发、快速成形工艺参数的优化的研究。本文在改善外耳支架生物相容性的基础研究中分别进行了低温等离子表面改性的研究和聚氨酯—胶原复合外耳支架的结构设计和成形工艺的研究。主要研究结果有:（1）在外耳的反求过程中,提出了包含耳廓软骨、耳廓肌肉和耳垂的外耳模型。获得的外耳形状更逼真、强度更高,可减少耳垂转位、耳甲腔及耳屏再造的手术。并首次提出了包含外耳道软骨的外耳三维重构,所获得的外耳形状逼真,并有利于外耳支架的固定,可防止外耳道再次闭锁。（2）外耳支架植入体内培养的动物实验结果表明,开始有炎症出现,随后炎症逐渐消失,轮廓逐渐清晰,与正常耳外形相似。可见,聚氨酯外耳支架的组织相容性好,且可以很好地保持外耳的形状,证明外耳支架的力学性能能满足要求。（3）聚氨酯支架经低温等离子表面改性后,表面变粗糙,在材料表面引入了大量的氧元素和氮元素,形成了大量的羰基和氨基等活性官能团,大大提高聚氨酯材料的表面亲水性,细胞培养实验证明这些表面性能的变化都有助于改善细胞在支架表面的粘附和生长。这种表面改性的方法,对于其它医用高分子材料植入物有一定的参考应用价值。（4）本文首先提出了将快速成形技术与传统的工艺相结合的方法,实现了聚氨酯-胶原复合支架的构建,并将支架设计成由聚氨酯材料形成大孔结构、胶原形成微孔结构的分级结构,不仅能满足外耳支架的力学性能,且由细胞实验证明其生物相容性得到很大提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 外耳畸形与外耳重建
• 1.2.1 外耳结构与组织
• 1.2.2 先天性小耳畸形
• 1.2.3 外耳畸形的修复与研究
• 1.3 生物医用材料的发展
• 1.4 快速成形技术原理及在生物医学领域的发展趋势
• 1.5 本论文的意义和主要研究内容
• 第2章 外耳支架的三维重构
• 2.1 外耳支架三维重构的意义
• 2.2 外耳三维重构的数据来源
• 2.3 外耳的三维重构
• 2.3.1 CT图像预处理
• 2.3.2 图像分割
• 2.3.3 轮廓的提取
• 2.3.4 外耳的三维重构
• 2.4 重建外耳的设计
• 2.4.1 纯耳廓软骨的反求
• 2.4.2 耳廓的反求与设计
• 2.4.3 外耳的反求与设计
• 2.5 数据输出
• 2.6 本章小结
• 第3章 外耳支架的快速成形制造及工艺参数优化
• 3.1 材料
• 3.1.1 外耳材料的要求
• 3.1.2 外耳材料的比较与选取
• 3.1.3 外耳支架材料的性能指标
• 3.2 外耳支架的快速成形设备及系统构成
• 3.2.1 数据处理系统
• 3.2.2 控制驱动系统
• 3.2.3 机体本体
• 3.3 快速成形工艺参数的优化
• 3.3.1 扫描路径的优化
• 3.3.2 扫描速度的优化
• 3.3.3 扫描间距的优化
• 3.4 力学实验
• 3.5 动物实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 外耳支架材料的表面改性
• 4.1 低温等离子处理的基本原理
• 4.1.1 低温等离子体的概念
• 4.1.2 低温等离子体表面改性的机理
• 4.1.3 低温等离子体表面改性的方法
• 4.2 低温等离子处理实验
• 4.2.1 实验设备与反应气体
• 4.2.2 试样制备
• 4.2.3 低温等离子处理的实验方法
• 4.3 低温等离子处理对聚氨酯材料表面性能的影响
• 4.3.1 对聚氨酯材料表面形貌的影响
• 4.3.2 对聚氨酯材料表面化学成分的影响
• 4.3.3 对聚氨酯材料表面亲水性的影响
• 4.4 细胞培养实验
• 4.4.1 材料与方法
• 4.4.2 实验结果和分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 复合材料外耳支架的设计
• 5.1 生物可降解材料的选用
• 5.1.1 生物可降解材料的分类
• 5.1.2 外耳支架复合材料的选取
• 5.2 复合材料外耳支架的结构设计与构建
• 5.2.1 复合材料外耳支架的结构设计
• 5.2.2 复合材料外耳支架的构建
• 5.3 影响外耳支架微孔结构的工艺参数研究
• 5.3.1 材料和方法
• 5.3.2 实验结果与分析
• 5.4 细胞培养实验
• 5.4.1 材料
• 5.4.2 实验方法
• 5.4.3 实验结果和分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果