检索结果-南通市图书馆

作者：刘金诺长春工业大学

学位级别：硕士

水凝胶三维（3d）打印技术的应用在不同的行业和学科中得到了广泛的研究。目前,相关3d打印水凝胶及其功能性应用研究主要集中于生物医用、智能传感及软体机器人等领域以实现数字化和智能化。在本研究中,通过对水凝胶合成过程的逐步设计... 详细信息

水凝胶三维（3d）打印技术的应用在不同的行业和学科中得到了广泛的研究。目前,相关3d打印水凝胶及其功能性应用研究主要集中于生物医用、智能传感及软体机器人等领域以实现数字化和智能化。在本研究中,通过对水凝胶合成过程的逐步设计,制备了复合3d打印水凝胶,并对其可打印性进行了相应的探讨。同时针对3d打印水凝胶在传感领域的应用进行了深入研究。首先基于宾汉流体理论,本部分通过聚乙烯醇（PVA）、硼砂（B）、阿拉伯胶（GA）、丙三醇（G）和纳米二氧化硅（SiO）制备了可直写式3d打印水凝胶,并对其相关性能进行研究。在本体系中GA和SiO使3d打印水凝胶前驱液具有类似宾汉流体的特性,使所制备的3d打印水凝胶在打印过程中具有定型性,保证了打印物在固化前的精准性。打印环境温度在25°C,PVA和B快速交联,提高了打印物的力学强度。实验结果表明:3d打印水凝胶前驱液具有一定的屈服应力;打印成型后具有良好的打印精度和优异的力学性能,其拉伸强度为430 k Pa;将其设计并打印成各种形状的应变传感器,其灵敏系数高达2.58。其次采用紫外光固化方式,通过纳米二氧化硅（SiO）、季铵盐壳聚糖（CS）、甲基丙烯酸十六烷基酯（LMA）、丙烯酰胺（AAM）和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）制备了物理化学交联的3d打印杂化水凝胶。本体系中SiO和CS使3d打印水凝胶前驱液具有类似宾汉流体的特性,LMA、AAM和MBA在紫外光照射下引发聚合形成交联网络结构,提高打印物的力学强度。实验结果表明,水凝胶前驱液具有宾汉流体的特性表现出良好的可打印性;制备的应变传感器具有较高的灵敏因子（GF=3.72）;且稳定性也较高,100%形变下循环250次电阻变化率基本不变。本论文系统研究了3d打印水凝胶的前驱液的流变性、固化方式以及在可设计应变传感方面的应用,希望能为3d打印水凝胶的制备提供新的途径并且拓宽3d打印水凝胶在传感方面的应用。

关键词： 3d打印水凝胶宾汉流体柔性应变传感器打印性

基于宾汉流体的3d打印水凝胶的制备及其性能研究

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基于宾汉流体的3D打印水凝胶的制备及其性能研究

作者：汪婷婷长春工业大学

学位级别：硕士

传统水凝胶因其制备形状的单一而限制了水凝胶在制备复杂和精准形状的产品方面的应用。近年来,作为一种新兴增材制造产品,三维（3d）打印水凝胶有望通过实现复杂形状产品的精确制造,使食品和包装、生物医学、智能传感器和软机器人行业... 详细信息

传统水凝胶因其制备形状的单一而限制了水凝胶在制备复杂和精准形状的产品方面的应用。近年来,作为一种新兴增材制造产品,三维（3d）打印水凝胶有望通过实现复杂形状产品的精确制造,使食品和包装、生物医学、智能传感器和软机器人行业实现数字化和智能化。有关水凝胶3d打印及其功能应用的研究目前主要集中在3d打印水凝胶产品的精准性、打印过程中的固化方式以及产品的力学强度,缺乏系统的水凝胶配方评估、水凝胶前驱液流变性能的研究、打印的可操作性及创新应用的相关研究。为此,本文以宾汉流体理论为基础、系统研究了水凝胶前驱液的流变性能,并探索了3d打印水凝胶的固化方式。具体研究内容如下:第一部分,本论文制备了一种3d打印水凝胶,以聚乙烯醇（PVA）、黄原胶（XG）、丙烯酸（AA）、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和氯化铝（Al Cl）为原料,通过简单升温搅拌处理形成3d打印水凝胶前驱液,经过紫外光固化形成3d打印水凝胶。由于XG可改善水凝胶前驱液的流变性,使水凝胶前驱液打印过程中有很好的定型性,因此通过紫外光固化可打印各种形状制品,并具有很高的精度。由于体系中引入金属Al离子,增强了水凝胶的机械性能,该水凝胶展示出较高的拉伸强度（2971.4 k Pa）。另外,水凝胶还表现出极高的溶胀性（2114 h）,并且制备的3d打印水凝胶具有优异的导电性可用于应变和压缩传感,来监测人体活动信号。因此,本部分实现了3d打印水凝胶的高力学强度和多元结构的精准打印,有望应用于人体活动和生理信号监测等领域。第二部分,我们通过添加阿拉伯胶（GA）、二氧化硅（Si O）作为该体系的流变改性剂,成功制备了低剪切力高粘度的水凝胶前驱液,该前驱液具有很好的自我定型能力;通过过硫酸钾（KPS）和四甲基乙二胺（TMEdA）配比的合理优化,使水凝胶打印后在短时间内迅速交联从而提高水凝胶的力学性能,成功室温而快速交联。实验表明,本部分制备的3d打印水凝胶具有优异的力学性能（242 k Pa）且有很好的可打印性。另外,水凝胶体系中存在的Na和CL使其具有优异的导电性,可以打印出形状各异的应变传感,并表现出较为优异的稳定性和高灵敏性。由于体系中疏水单体甲基丙烯酸月桂酯（LMA）的引入,该3d打印水凝胶还具有温度敏感性。本论文通过探索水凝胶前驱液的流变性以及固化方式为3d打印水凝胶的制备提供了新的途径和多方面领域的应用。

关键词： 3d打印水凝胶 UV固化快速固化导电可设计传感

3d打印水凝胶结合超声成像的无线应变传感技术研究

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3D打印水凝胶结合超声成像的无线应变传感技术研究

作者：马毅华南理工大学

学位级别：硕士

腹腔器官异常机械运动或变形导致很多人因此患上不同程度的疾病。如果能对这些器官的异常形变进行监测,可以更好地反映病患的组织状态,是一种有效的医疗辅助诊断方法。相较于传统医学如放射性扫描和侵入式腹内压检测等间接检测变器官异... 详细信息

腹腔器官异常机械运动或变形导致很多人因此患上不同程度的疾病。如果能对这些器官的异常形变进行监测,可以更好地反映病患的组织状态,是一种有效的医疗辅助诊断方法。相较于传统医学如放射性扫描和侵入式腹内压检测等间接检测变器官异常变形的方法,植入式传感系统因能够附着在目标器官并直接获取其参数被广泛研究。它们通常以有线形式传输信号,然而有线传输需要把线缆从体内引出到体外,这对人体构成了潜在的感染风险,此外,传感器自身的生物相容性、生物可降解性欠佳,阻碍了植入式应变传感器系统在体内变形监测中的应用。因此,本文基于水凝胶良好生物相容性、可降解性的特点,提出一种3d打印水凝胶结合超声成像的无线应变传感技术,旨在进行体内变形监测。我们设计模拟人体的应变传感实验场景并进行实验验证,本文主要的研究工作和结论如下:首先,研究气压挤出式3d打印方法,通过搭建简易经济的3d打印平台,实现了在生理温度（37 ~oC）的毫米尺度的（甲基丙烯酰化明胶）Gel MA水凝胶多层打印及快速3d图案化。所制得的3d打印Gel MA水凝胶具有可调的机械性能（杨氏模量范围11.17-35.59 k Pa）,良好的拉伸性（断裂应变>200%）,优异的生物相容性及可降解性,满足其在植入式应变传感的基准性能要求。其次,研究通过引入纳米羟基磷灰石（n HA）作为超声造影剂的Gel MA水凝胶的超声成像性能,在n HA含量为（w/w）10%时展示了良好的超声可见性,可以通过10MHz超声频率透过新鲜猪皮对嵌入超声体模中的水凝胶成像。然后,研究在不同应变下通过超声设备捕获的Gel MA水凝胶横截面与施加应变之间的关系,设计了模拟体内的应变传感实验场景进行超声视频数据采集,使用Open CV对数据进行预处理操作,通过线性回归方法对水凝胶拉伸-释放过程的横截面积-时间分布进行拟合,决定系数R均值为0.93,表明横截面积与施加应变之间存在线性关系。最后,研究通过Gel MA水凝胶横截面数据预测施加应变类别的方法。本文以6个不同应变率（0,20%,40%,60,80%和100%）下超声设备采集的Gel MA水凝胶传感部位的各横截面数据,数据经预处理后作为输入数据,利用传统的卷积神经网络算法Le Net-5、Alex Net和Google Net训练关于水凝胶横截面与施加应变率的模型,其中Alex Net模型分类效果最佳,对测试集应变类别分类的准确率高达99.86%。而且对于跨场景数据（在匀速连续变化的应变下捕获的超声截面数据）进行应变类别预测时,尽管Alex Net对应变类别分类预测结果不太准确,但其能够根据连续变化的面积数据对水凝胶的应变变化趋势进行一定程度的预测。总体而言,本文通过3d打印Gel MA水凝胶结合超声设备进行无线应变传感,并利用卷积神经网络模型进行应变的预测是一种潜在的监测体内器官变形量的研究方法,在进一步开发一种无线的植入式应变传感系统技术的研究具有重要的意义。

关键词： 3d打印水凝胶超声无线应变传感应变预测卷积神经网络

静电纺丝和3d打印制备双层非对称敷料用于皮肤修复的研究

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静电纺丝和3D打印制备双层非对称敷料用于皮肤修复的研究

作者：张婷太原理工大学

学位级别：硕士

皮肤是人体的第一道防线,在发生损伤后为避免进一步的并发症,需要立即使用临时屏障来保护组织免受有害物质的侵害并防止体液流失,以减少疤痕和病人遭受的痛苦。近年来,研究人员只关注于封闭性伤口敷料对创面的保护,如:Opsite?(粘接丙烯... 详细信息

皮肤是人体的第一道防线,在发生损伤后为避免进一步的并发症,需要立即使用临时屏障来保护组织免受有害物质的侵害并防止体液流失,以减少疤痕和病人遭受的痛苦。近年来,研究人员只关注于封闭性伤口敷料对创面的保护,如:Opsite?(粘接丙烯酸薄膜),Omiderm?(亲水性聚氨酯膜),或干膜?(传统纱布)。然而,这些伤口敷料的特点是缺乏对水的渗透性,导致渗出物堆积,组织浸渍,或发生感染。而随着多孔伤口敷料被开发,这些创面敷料所表现出的开放结构,在预防细菌渗透方面效果较差(原发性伤口感染)并且增加水分流失,这可能导致伤口脱水。因此,不对称膜因其与天然皮肤结构相似而引起了研究者们的关注。事实上,不对称膜通常是由一个密度较大的外层组成,它模仿了皮肤的表皮层,可以保护皮肤免受外部威胁(物理、化学和细菌),并能控制气体交换(水蒸气、O和CO)。另一方面,膜的内层呈多孔结构,能够吸收渗出物,支持细胞的粘附和增殖。尽管不对称膜有可能复制皮肤表皮和真皮层的结构,但这些膜必须具备几个关键特性,才能应用于皮肤损伤的治疗,即孔隙度、吸水能力、润湿性、机械性能、生物相容性以及抗菌活性等。为提高伤口愈合效率,本研究结合静电纺丝法和3d打印技术制备了促进皮肤伤口修复的双层不对称敷料,并系统的研究了该敷料的制备过程、理化性能及抗菌性能。主要研究内容和结论如下:(1)本实验通过静电纺丝技术制备了致密的顶层(PCL/PLA静电纺纳米纤维膜)来模拟皮肤的表皮层。它能复制表皮的致密性和防水能力,作为保护屏障防止细菌和微生物的渗透;(2)本研究通过模拟皮肤真皮层的多孔底层,制备了海藻酸钠(SA)/聚乙烯醇(PVA)/壳聚糖季铵盐(HACC)复合3d打印水凝胶。此水凝胶能够吸收自身重量的20～30倍的液体,同时可以抑制细菌滋生,为细胞迁移和增殖提供了合适的结构和环境。通过一系列测试,对所研制的复合材料进行了表征。(3)本课题将静电纺丝与3d打印技术相结合,模拟皮肤结构制备了双层不对称敷料(PP/SPH)。以PCL/PLA(PP)共混物为材料,通过静电纺丝法制备的纤维膜的拉伸模量达到19.69±0.66 MPa,结果显示,静电纺丝膜的纤维平均直径为755.9±107.1 nm,水接触角为119.1±0.72°,以防止细菌和水的渗透。而海藻酸钠/聚乙烯醇/壳聚糖季铵盐(SPH)共混物通过3d打印法制备出的多孔水凝胶内层具有抗菌性和亲水性。水凝胶层的丝中心间距为842.76±103.65μm,可打印性Pr值为0.92±0.01,溶胀率达到1041.4±11.21%,压缩模量为0.53±0.01 MPa。孔隙率为70%～90%的SPH拉伸模量为0.82±0.01 MPa,含水率可达到85%以上。伤口敷料对金黄色葡萄球菌的抑菌效果试验表明,形成了直径为1.61±0.35 cm的抑菌圈。此外,通过Cell Counting Kit-8和Live/dead法检测HFBS的活性,发现添加6%PVA的PP/SPH对HFBS无明显的细胞毒副作用。本论文所制备的用于伤口修复的双层不对称敷料不仅具有良好的吸水能力,而且具有良好的抗菌性和细胞相容性,满足皮肤力学性能的要求,为临床皮肤创伤提供了有效的修复策略。

关键词：静电纺丝膜 3d打印水凝胶力学性能生物相容性抑菌