簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 洪睿廷
Ruei-Ting Hong
論文名稱: 使用積層製造技術製作光固化Poly(ε-caprolactone) diacrylate/ Poly(ethylene glycol) diacrylate/ Poly(glycerol sebacate) acrylate血氧交換結構之研究
Study on using additive manufacturing technology to fabricate Poly(ε-caprolactone) diacrylate/ Poly(ethylene glycol) diacrylate/ Poly(glycerol sebacate) acrylate structure for blood oxygen exchange
指導教授: 鄭逸琳
Yih-Lin Cheng
口試委員: 何明樺
Ming-Hua Ho
謝明佑
Ming-You Shie
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: 肺組織工程PGSAPEG-DAPCL-DAVitamin E血氧交換
外文關鍵詞: Lung Tissue Engineering, PGSA, PEG-DA, PCL-DA, Vitamin E, Blood Oxygen Exchange
相關次數: 點閱:419下載:0
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 肺臟最重要的生理功能是簡單但卻極度重要的氣體交換,然而許多肺功能失常患者需要透過肺臟器移植或是人工肺臟器的輔助,方能維持生命。目前的治療主要仍透過移植手術來完成,但捐贈體的缺乏以及手術完成後帶來的排斥反應仍需要更完善的解決方式。因此本研究擬以積層製造技術製作血氧交換結構以支持肺臟的氣體交換功能。
    利用積層製造(Additive Manufacturing, AM)技術於肺組織工程支架上,可以製作複雜的幾何外型,並且可透過使用高生物相容性之材料減少排斥反應,最後透過支架結構的設計,提供製作出能幫助血氧交換之支架;同時,在進行肺組織修復過程中,由於肺泡需因應呼吸時產生體積上的變化,因此材料也必須擁有適當的彈性以及機械性質。本研究以機械性質好但卻擁有較差親水性的PCL-DA,加入親水性較佳之PEG-DA以及富有彈性的PGSA得到同時擁有強度、彈性以及親水性質的材料。透過拉伸試驗、接觸角量測、DSC、TGA測試材料性質。但由於製程上仍會有過固化的問題產生,因此再加入Vitamin E作為抑制劑希望能提升支架精度,結果發現Vitamin E不僅能使尺寸更精細,對於曝光圖形的重現性也更高,還可藉由其抗氧化能力影響光聚合反應程度,使血氧交換測試時能得到更多的氧氣,提高血氧交換效率。


    The most important function of lung is gas exchange. However, patients with pulmonary dysfunction need lung transplant or an artificial lung organ to maintain their life. But the lack of donations and the reject reaction after the surgery still need a better solution. So we use Additive Manufacturing (AM) technique to fabricate structure for blood oxygen exchange to support the lung’s function of gas exchange.
    We use AM technique on lung tissue engineering (TE) to fabricate complex scaffold and use biocompatible material to reduce reject reaction. Finally we fabricate the structure for blood oxygen exchange; on the other hand, due to the volume changes when breathing, the material must have both elasticity and proper mechanical properties. In this study, we use PCL-DA with good mechanical properties but poorly hydrophilicity, PEG-DA with better hydrophilicity and PGSA with elasticity to improve strength, elasticity and hydrophilic properties. Through tensile, contact angle, DSC, TGA test to know material properties. But the process still has the problem of overcuring, we add Vitamin E (VE) as an inhibitor to reduce the problem. The results found that not only make the size more currect, but affect the degree of photopolymerization and can improve the efficiency of blood oxygen exchange.

    目錄 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與目的 2 1.3 研究方法 3 1.4 論文架構 4 第二章 文獻探討 5 2.1 組織工程(Tissue Engineering)介紹 5 2.1.1 支架材料之特性 8 2.1.2 高分子生醫材料 9 2.2 積層製造技術於組織工程之應用 16 2.3 應用於肺組織工程之相關技術 17 2.3.1 肺臟脫細胞移植 18 2.3.2 微泡型支架 18 2.3.3 FDM 19 2.4 本實驗室歷年研究成果 20 第三章 材料合成與性質檢測 24 3.1 實驗藥品與設備 24 3.2 材料系統介紹 25 3.2.1 PCL-DA 27 3.2.2 PEG-DA 29 3.2.3 PGSA 29 3.2.4 光起始劑 30 3.2.5 蘇丹黑 31 3.2.6 Vitamin E 33 3.2.7 材料挑選方式 34 3.2.8 材料混合方式 36 3.3 材料性質檢測與設備簡介 37 3.3.1 後固化處理 37 3.3.2 拉伸試驗 37 3.3.3 接觸角量測 38 3.3.4 傅立葉轉換紅外線光譜儀分析 40 3.3.5 熱重量分析測試 41 3.3.6 熱示差掃描分析 41 3.4 材料性質檢測結果 42 3.4.1 拉伸試驗 42 3.4.2 接觸角量測 45 3.4.3 傅立葉轉換紅外線光譜儀分析 46 3.4.4 熱重量分析測試 51 3.4.5 熱示差掃描分析 52 3.5 各項材料性質測試結果 54 第四章 DLP-AM系統簡介與成型精度測試 55 4.1 光罩積層製造技術優勢與差別 55 4.1.2 下照式生醫動態光罩成型系統 55 4.1.3 本研究使用之下照式動態光罩快速成型系統 56 4.1.4 動態光罩控制軟體 57 4.1.5 動態光罩產生器 58 4.2 成型精度測試 63 4.2.1 測試用支架之設計 64 4.2.2 支架精度比較 64 第五章 血氧交換結構製作 66 5.1 直接析出法 67 5.2 DLP-AM製作法 68 5.2.1 透氣結構製作 69 5.2.2 透氣薄膜結構製作 72 5.3 製作參數及材料選用 75 5.4 血氧交換測試 77 5.5 薄膜彈性測試 81 第六章 結論與未來研究方向 83 6.1 結論 83 6.2 未來工作 84 第七章 參考文獻 85

    第七章 參考文獻
    【1】E. A. Calle, M. Ghaedi, S. Sundaram, A. Sivarapatna, M. K. Tseng, L. E. Niklason, “Strategies for Whole Lung Tissue Engineering,” IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Volume 61(2014), 1482-96.
    【2】Tissue Engineering – Basic Principles of Tissue Engineering (http://textile.iitd.ac.in/highlights/fol8/01.htm)
    【3】宋信文,梁晃千,“建立人類的身體工房-組織工程”,科學發展第362期,2003年2月,6-11。
    【4】楊婷琪,“組織工程的重要元件-生物分子”,工研院經貿中心生醫組,2002年7月。
    【5】廖俊仁,“組織工程用多孔隙骨架材料”,工研院生醫工程中心,2002年。
    【6】S. Yang, K. F. Leong, Z. DU, C. K. Chua, “The design of scaffolds for use in tissue engineering. Part I. Traditional Factors,” Tissue Engineering, Volume 7(2001), 679-89.
    【7】許芳豪,“以積層製造技術研究組織工程支架孔徑大小對細胞成長之影響”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2006。
    【8】H. Y. Kweon, M. K. Yoo, I. K. Park, T. H. Kim, H. C. Lee, H. S. Lee, J. S. Oh, T. Akaike, C. S. Cho, “A novel degradable poly caprolactone networks for tissue engineering,” Biomaterials, Volume 24 (2003), 801-08.
    【9】蔡秉宏,”以聚殼醣合成光交聯性衍生物之探討”,國立成功大學化學工程研究所,碩士論文,1999。
    【10】D. S, “Medical application of synthetic polymers,” Marcel Dekker,
    NewYork (1994), 725.
    【11】J. S. Park, D. G. Woo, B. K. Sun, “In vitro and in vivo test of
    PEG/PCL-based hydrogel scaffold for cell delivery application,” Journal of Controlled Release, Volume 124(2007), 51-59.
    【12】J. Gao, P. Y. Crapo, M. D. Wang, “Macroporous elastomeric scaffolds with extensive micropores for soft tissue engineering,” Tissue
    Eng, Volume 12(2006), 917-25.
    【13】J. Wang, K. G. Boutin, O. Abdulhadi, L. D. Personnat, T. Shazly, R. Langer, C. L. Channick, J. T. Borenstein, “Fully Biodegradable Airway Stents Using Amino Alcohol-Based Poly(ester amide) Elastomers,” Advanced healthcare materials, Volume 2(2013), 1329-36.
    【14】C. L. E. Nijst, J. P. Bruggeman, J. M. Karp, L. Ferreira, A. Zumbuehl, C. J. Bettinger, R. Langer, “Synthesis and characterization of photocurable elastomers from poly(glycerol-co-sebacate) ,” Biomacromolecules, Volume 8(2007), 3067-73.
    【15】Q. Z. Chen, A. Bismarck, U. Hansen, S. Junaid, M. Q. Tran, S. E. Harding, N. N. Ali, A. R. Boccaccini, “Characterisation of a soft elastomer poly(glycerol sebacate) designed to match the mechanical properties of myocardial tissue,” Biomaterials, Volume29(2008), 47-57.
    【16】F. P.W. Melchels, J. Feijen, D. W. Grijpma, “A review on stereolithography and its applications in biomedical engineering,” Biomaterials, Volume 31(2010), 6121-30.
    【17】H. Jiankang, L. Dichen, L. Yaxiong, Y. Bo, L. Bingheng, L. Qin, “Fabrication and characterization of chitosan/gelatin porous scaffolds with predefined internal microstructures,” Polymer, Volume 48(2007), 4578-88.
    【18】F. P.W. Melchels, J. Feijen, D. W. Grijpma, “A poly(D,L-lactide) resin for the preparation of tissue engineering scaffolds by stereolithography,” Biomaterials, Volume 30(2009), 3801-09.
    【19】S. E. Gilpin, J. M. Charest, X. Ren, L. F. Tapias, T. Wu, D. Evangelista-Leite, “Regenerative potential of human airway stem cells in lung epithelial engineering,” Biomaterials, Volume 108(2016), 111-19.
    【20】T. Y. Ling, Y. L. Liu, Y. K. Huang, S. Y. Gu, H. K. Chen, C. C. Ho, “Differentiation of lung stem/progenitor cells into alveolar pneumocytes and induction of angiogenesis within a 3D gelatin--microbubble scaffold,” Biomaterials, Volume35(2014), 5660-69.
    【21】C. Johnson, P. Sheshadri, J. M. Ketchum, L. K. Narayanan, P. M. Weinberger, R. A. Shirwaiker, “In vitro characterization of design and compressive properties of 3D-biofabricated/decellularized hybrid grafts for tracheal tissue engineering,” Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, Volume595(2016), 72-85.
    【22】李孟龍,“動態光罩積層製造系統製造組織工程支架之研發”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2005。
    【23】陳俊豪,“光固化快速成型技術製作組織工程支架之研究”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2006。
    【24】許貽玨,“光聚合生物可分解材料應用於RP技術製作組織工程支架性質之研究”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2007。
    【25】陳茂揚,“光固化快速成型系統製作3D組織工程支架”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2008。
    【26】曾俊元,“動態光罩快速成型系統光聚合PCL-PEG-PCL製作3D組織工程支架”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2008。
    【27】薛智仁,“動態光罩快速成型系統製作3D PCL管狀多孔性組織工程支架之研究”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2009。
    【28】謝浚雄,“光聚合PCL材料系統成份探討及其應用於快速成型3D組織工程支架”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2011。
    【29】孫凱閔,“PCL結合PEG-acrylate透過動態光罩成型系統製作3D多孔性組織工程支架”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2011。
    【30】侯佳延,“PCL結合PEG-diacrylate透過反射式動態光罩成型系統製作3D多孔性組織工程支架”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2012。
    【31】楊淯凱,“以積層製造技術光固化PCL-PEG-diacrylate之材料性質與組織工程支架成型性探討”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2013。
    【32】魏廷宇,“以材料染色改善光固化PCL-DA/PEG-DA支架精度之研究”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2015。
    【33】許淯維,“使用積層製造技術製作光固化。PCL-DA+PEG-DA/PGSA支架應用於肝組織工程之研究”,國立台灣科技大學機械工程研究所,碩士論文,2016。
    【34】sigmaaldrich ( http://www.sigmaaldrich.com/taiwan.html)
    【35】J. P. Schneider, L. Pedersen, C. Muhlfeld, M. Ochs, “Staining histological lung sections with Sudan Black B or Sudan III for automated identification of alveolar epithelial type II cells,” Acta histochemica, Volume117(2015), 675-80.
    【36】ASTM-D412, '' Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers'', Tension ,American National Standard 1969.
    【37】原子世界-蓮花效應的原理(http://www.hk-phy.org/atomic_world/lotus/lotus02_c.html )
    【38】J. Durner, J. Obermaier, M. Draenert, N. Ilie, “Correlation of the degree of conversion with the amount of elutable substances in nano-hybrid dental composites,” Dental materials, Volume28 (2012), 1146-53.
    【39】Texas Instrument-About DLP® technology (http://www.dlp.com/tw/)
    【40】Texas Instrument- DLP™技術-製造 (http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=18)
    【41】acer-H6510BD specification (https://www.acer.com/ac/en/AU/content/model/MR.JFZ11.00E)

    無法下載圖示 全文公開日期 2022/08/24 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
    QR CODE