Protocol
1. 비계 제작
- 20 분 동안 실험실 믹서기에 염화나트륨을 갈기 100 ℃에서 히터에 건조.
- 공진 발생하지 않고 가장 높은 주파수에서 30 분 동안 체질 기계에있는 말린 염화나트륨 (한 번에 45g)을 넣습니다. 500 μm의 1000 μm의 (M 500)에 이르기까지 여섯 소금 분수를 수집; 300 μm의 500 μm의 (M 300); 100 μm의 200 μm의 (M 100); 90 μm의 100 (M 90); 그림 1에 도식화로 45 μm의 소금 입자 10 (M 45) μm의 65 그리고 마지막으로 M에서보다 작은 45 μm의 크기를.
- 진공 처리하는 동안 가수 분해 절단을 방지하기 위해 밤새 모든 재료를 건조. 유리 전이 - 중합체의 경우 - 각 재료 극복없이 건조도를 최대화하기 위해 온도를 선택한다. 따라서, PEG에 대한 PLA에 대한 T = 90 ° C 및 T = 25 ° C, T = 염화나트륨 105 ° C를 선택합니다.
- 먹이배치 믹서 T = 190 ° C에서 동작하고, N = 60 rpm으로하고 약 후에 보통 토크 상수 값을 달성 할 때까지 처리를 각각 20/5/75의 중량 퍼센트 조성 PLA, PEG 및 염화나트륨, 10 분. 그 후, 신속하게 결과 자료를 수집합니다.
- 10mm 직경 3mm의 높이에 해당 통형 금형의 블렌드를 넣고 상압에서 60 초 3 분간 180 바에서 그들을 유지, 210 ° C에서 동작하는 실험실 프레스를 사용하여 단일 층을 준비 . 그 후, 180 바의 압력을 유지하고, 실온에서 혼합물을 냉각.
- 압축 성형을 통해 3 층 어셈블리
- 10mm 직경 1 mm의 높이를 갖는 동일한 (1.5)에서 설명한 것과 같은 방식으로 그러나 다른 금형을 사용하여, 즉, 각각의 단일 층을 준비한다. 마지막으로, 디스크 (6) 여섯 가지 입경 함유 10mm 직경 1 mm의 높이를 갖는 얻었다 : M (500), M (300), M (100),
- FOR 조립 삼층 발판 A (TLS A), 원통형 금형 내부에 M 500 M 300 M 100을 쌓아 및 주위 압력에서 60 초, 3 분 210 ° C에서 동작하는 실험실 언론을 압축 - 성형 180 바, 180 바의 압력을 유지하고, 실온에서 냉각시켰다.
참고 : A. TLS에 사용되는 것과 동일한 절차에 따라 각각 M (90), M (45)와 동일한 금형 M (10) 및 행동은 압축 성형 작업에 적층하여 TSL B를 제조
- 원통형 금형에서 디스크를 제거하고 교반하지 않고, 끓는 순수 욕조에 넣어. 3 시간 후, 욕조에서 생성 된 다공성 구조를 제거하고 화학 후드에서 실온에서 12 시간 동안 그들을 건조 할 수 있습니다.
2. 형태 학적 분석
- 주사 전자 현미경에 의해 발판의 모폴로지를 평가한다.
- 액체 질소에서 샘플을 분해 한 후 첨부접착제 카본 테이프를 이용하여 알루미늄 스터브에 샘플. 마지막으로, 스퍼터 coate을 금 촬상 전에 아르곤 분위기하에 90 초 동안 시험 동안 정전기 방전을 회피하기 위해.
3. 비계 기공 크기
- 골격의 기공 크기 분포를 인식 할 수있는 화상 처리 소프트웨어 SEM 분석에 의해 얻어진 이미지를 정교.
참고 : 본 연구에서는 기공 크기 분포 분석은 MATLAB 기반 소프트웨어 이전 33 기재하여 행했다
4. 다공성
- 침출 전에 샘플을 계량하고, 다음 식에 따라 공극률을 이론적으로 평가 :
참고 : 균일 한 혼합을 가정하여, 염화나트륨, m PEG를 해요 및 PLA를 해요, 각각의 NaCl, PEG 및 PLA의 이론적 질량입니다. 티그는 염화나트륨, PEG 및 PLA의 (ρ)는 각각 2.16 g / cm 3, 12 g / cm 3 전자 1.24 g / cm 3이다 밀도를. - 침출 및 샘플 (ρ 지지체)의 겉보기 밀도를 평가하기 위해, 건조 후의 시료 중량을 측정 한 다음, 지지체의 겉보기 밀도와 비 다공성 PLA의 밀도의 비의 역수로 실제 기공율을 평가 식 (2)를 사용.
참고 : 그것은 지지체의 빈 볼륨 (빈 + 전체) 발판의 전체 볼륨의 비율을 표현한다.
5. 기계적 성질
- 1 KN 로드셀을 구비 한 인장 장치를 사용하여 압축 모드에서 샘플을 테스트한다. -1 분 1mm의 일정한 변형 속도를 설정합니다.
- 생리적 환경에서 샘플의 기계적 성능을 조사하기 위해, dynamomete을 장비37 ℃에서 함유하는 욕 (PBS) (pH는 7.4)와 (R)과 점 5.1에 기재된 방법과 동일한 설정으로하여 시험한다.
- 젖은 환경에서 각 측정 전에 PBS 모든 구멍을 채울 수 있도록하기 위해 5 분 동안 진공 플라스크에 PBS와 함께 샘플을 흡수. 그 후, 지지체가 설정 점 온도에 도달하기 위해 15 분 동안 37 ℃에서 PBS로 유지 할 수있다.
- 문헌 32, 34에 기재된 방법에 따라 기계식 시험기에 접속 된 맞춤 설계 계면 강도 테스트 장비를 사용하여 TL TL A 및 B의 층간의 계면 접착 강도 (IAS)을 결정한다.
- 리그의 발판을 수정하고 시스템의로드 셀 및 기본 플래 튼과의 올바른 정렬을 보장합니다. 높은 점도 접착제를 사용하여 알루미늄 테스트 스텁에 발판 샘플을 부착하고 테스트 장비에 배치합니다.
- 젖은 상태의 테스트를 위해, 1 시간 PRI에 대한 PBS에서 샘플을 수화또는 시험에. 분 -1 1mm의 변형 속도로 가해진 인장 하중하에 1 KN로드 셀을 사용한다.
주 : 고장 어느 한쪽 층의 최대 인장 강도 또는 그 때문에 계면에서 박리가 발생할 수 있음을 고려. 응력 - 변형률 곡선의 최대 강도로 IAS 평가.
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Representative Results
골격의 기공 구조에 염화나트륨 입경의 영향은 시료의 형태를 조사하고, 각각의 이미지 분석에 의한 공극 크기 분포를 산출함으로써 정 성적 및 정량적으로 평가 하였다 2A도 -. F가 얻어진 모노 레이어 비계의 SEM 현미경 사진을 나타낸다 다른 염화나트륨 입자 크기를 포함하는 물질의 염 침출.
보다 상세하게, M (500) (도 2a)는 아마도 이상 500 ㎛의 용융 혼련시에 직경 염 입자의 파손에 500 μm의 평균 직경을 갖는 공극을 보였다. 같은 그림에서 명확하게 볼 수, 기공 구조가 약 10 μm의 벽에 둘러싸여 제대로 상호 불규칙한 기공의 수가 적은 것이 특징입니다. 그림 (b)는이에서 M (300)의 형태를보고이 경우, 세공 따라서 더 분쇄 입자는 용융 혼합 공정에서 발생하지 않았 음을 확인하고, 용융 혼합 (300-500 μm의) 동안 충전 된 소금 입자와 동일한 범위 내에서 평균 직경을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 기공 벽 M 층 (500)에서 관찰되는 것보다 더 얇은 (약 5 μm의) 인 것으로 밝혀졌다. M (100), (그림 2C), 작은 것들에 둘러싸여 큰 구멍 (100 ~ 200 μm의)에 의해 구성된 이기종 네트워크를 특징으로하는 바이 모달 다공성 구조를 보여줍니다. 벽 두께가 급격히 얇아 결정되지만이 기공 구조는 더 나은 상호 볼륨 단위 증가 된 공극 밀도를 제공한다. 도 2D에서 제공 M (90)의 형태는 이에 경우에 사용되는 작은 염 크기 범위 (90-100 μm의)에 균일하게 폴리머 매트릭스에 분산 대략 입방 기공을 나타낸다. PEG의 매화에 의한 미세 사실, 매우 거친 표시, 벽 내부에 마이크로 터널로 참석했다. SE도 2E에 도시 된 M (45)의 M 현미경 사진은 직경 45 ㎛의 65 ㎛의 범위 기공 높은 밀도를 표시한다. M (10) (도 2F)이 배선의 고차 매우 얇은 (<1 ㎛)의 벽과, 볼륨 부, 20 ㎛의 거의 동일한 평균 기공 크기 기공 당 가장 높은 밀도를 표시.
도 3a, A는, A "는 다른 배율에서 침출 공정 후에, TLS (A)의 단면을 표시한다.도 3a에서는 명확 세 층을 식별 할 수 있고, 다른 평균 기공 크기에 의해 특징 각각은 동시에 패널 각각 '와 "M 참조 100 M 300 M 300 M 500 인터페이스 영역. 명확하게 보이는 바와 같이, 전체 장치는 내부 분열을 제시하지 않고 다른 층 사이에 불연속성을 매트릭스. 유사하게, TLS B 및 관련 인터페이스 ', B도 3b에보고,B '. 이미지는 서로 다른 크기의 기공을 가진 세 개의 층은 쉽게 (패널 B)를 인식 할 수있는 사실 TLS (A)의 것과 유사한 형태를 밝혀 둘 M 10 M 45 (패널 B') 및 M 45 M 반면 90 (패널 B ") 계면 지역은 박리도 불연속성을 나타내지 않았다. 예상 한 바와 같이, 각각의 단일 층은 조립 및 침출 단계 후 같은 기공 구조를 유지합니다.
표 1 (건조) 공기와 PBS (습식) 환경에서 측정 된 재료의 압축 탄성 계수를보고한다. 이 특성은, 평균 기공 크기가 단조 증가를 따르는 것으로 밝혀졌다. 최종 장치의 탄성 계수는 주로 TLSs 모두 조사 (TLS B에 대한 즉, TLS A에 대한 M 100 M 10) 각각의 약한 계층에 의해 결정된다. TLS A와 TLS B 표 2를보고 IAS를 건식 및 습식 환경에서 . 어떤 층간 박리 현상이 불량하기 때문에, 관찰되지 않았다항상 TLS A (M 100) 및 TLS B (M 10)의 약한 층의 중간에 발생했습니다. TLS A는 최상의 성능을 표시 IAS.
그림 1. 체질 염화나트륨 입자 및 대응하는 샘플 코드의 염화나트륨 입자 크기의 입자 크기 회로도.
그림 2 : 형태학 단층 비계의 다른 기공 크기 분포에 의해 특징 단층 비계의 SEM 현미경 사진 :. M 500 (A), 스케일 바 = 400 μm의; M 300 (b)에 스케일 바 = 400 μm의; M 100 (C), 스케일 바 = 400 μm의; M 90 (D), 스케일 바 = 200 μm의; M (45) (마), 스케일 바 = 400(81);. m과 M 10 (F), 스케일 바 = 100 μm의 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
. 그림 3 : 세 개의 층 비계의 형태학 (A하는 '는' ') 3 층 발판 타입 A (TLS A)의 SEM 현미경 사진 (a)는 전체 단면, 스케일 바 = 500 μm의; (A ') M 100 M 300 인터페이스, 스케일 바 = 250 μm의; (A ') M 300 M 500 인터페이스, 스케일 바 = 250 μm의. (B, B ', B') 3 층 골격 형 B (TLS의 B)의 SEM 현미경 사진, (b) 전체 단면 스케일 바는 500㎛; (B ') M (10)-M (45) 인터페이스, 스케일 바; = 100 μm의; (나 '') M 45 M 90 인터페이스, 스케일 바 = 100 μm의. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 샘플 코드 | 드라이 - E (MPA) | 습식 - E (MPA) |
| M (500) | 40.33 ± 6.04 | 33.23 ± 4.96 |
| M (300) | 37.62 ± 6.89 | 31.42 ± 5.83 |
| M (100) | 32.12 ± 5.11 | 28.03 ± 4.04 |
| M (90) | 30.87 ± 4.93 | 26.91 ± 3.79 |
| M (45) | 25.36 ± 5.82 | 22.83 ± 5.01 |
| M (10) | (21) 0.76 ± 3.91 | 19.87 ± 3.93 |
| TL | 33.08 ± 5.21 | 29.55 ± 4.09 |
| TL B | 22.31 ± 5.46 | 20.54 ± 3.87 |
표 1 : 압축 기계 결과 모노 및 습식 및 건식 환경에서 다양한 기공 크기의 3 층 비계의 압축 젊은 계수.. 값은 SD ± 수단으로 제공됩니다.
| 샘플 코드 | 드라이 - IAS (kPa의) | 습식 - IAS (kPa의) |
| TL | 350.8 ± 51.2 | 299.6 ± 35.1 |
| TL B | 262.3 ± 62.2 | 220.5 ± 31.3 |
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Discussion
첫 번째 중요한 단계 체질 효율의 최적화이다. 염화나트륨 입경의 높이 제어는 원하는 공극 크기 분포를 갖는 지지체를 제조하기위한 기초이다. 다른 중요한 단계는 몰드로부터 표본 추출시 얇은 PLA 단층의 파괴를 방지한다. 화상 처리 해석 장치 전체를 대표 할 수 없습니다.
인장 시험 동안, 샘플 멀리 장비에서 찢어 수 있습니다.
체질 단계에 앞서, 염이 잘 염화나트륨 입경의 높은 제어를 얻기 위해서 건조 된 것을 확인. 이 문제 인해 매우 높은 흡습성, 특히 최소 염 입경 중요하다. 압축 성형 단계에 앞서, 금형으로부터의 샘플 제거를 용이하게하기 위해 몰드에 얇은 테프론 분무 코팅을 적용한다. 화상 처리 분석은 다른 이미지 촬영 고려하여 수행되어야발판의 다른 지역에서 그들이 전체 장치의 대표 있는지 확인합니다. 마지막으로, 앞서주의 깊게 검사 (습식 환경에서 수행 특히)를 인장 접착 성을 샘플링 접착제를 확인한다.
이 기술의 주요 제한은 기공 크기의 연속적인 기울기를 구하는 것이 불가능에있다. 실제로, 상기 방법은 본원이 상이한 층의 조립에 기초하기 때문에, 기공 크기의 이산 구배를 달성된다 기재. 대부분의 경우, 잘 정의 된 다층 지지체는 연속적 일 수 있지만 적 등급에 바람직 할 수있다. 이 제한은 부분적으로 분명하게 처리하기 어려워 번갈아 얇은 층 초래 층의 수를 증가 초과 될 수있다.
잠재적으로 위험한 독성 용매를 필요로하지 않기 때문에, 상이 많은 제조 기술에서, 여기에서 채택 된 전략은 친환경 간주 될 수있다환경 및 세포와 조직을 생활. 또한, 입자 침출은 각각 크기 및 염화나트륨의 양이 PLA와 혼합 조정하여 양의 기공 크기 및 기공도가 높은 제어를 제공한다.
이 기술의 미래 발전은 다른 화학 - 물리적 차이를 제시 레이어를 수집 할 수있는 가능성에 의존한다. 예를 들어, 하나의 다른 생체 고분자를 조립할 수 또는 수산화 인회석 28 nanocellulose 27, 그래 핀 (35) 또는 이의 유도체, 더욱 기능 (38)을 제공하기 위해 서로 다른 나노 9,36,37, 각 층을 강화한다. 사실,이 방법은 이렇게 쉽게 조정할 다층 지지체의 각 지역에 허용하는 높은 제어를 보장합니다. 서서히 하나의 조직에서 다른 변경 다중 phasic 및 / 또는 이방성 바이오 구조의 존재는 인대 투 B로서 계면 조직의 일반적인 기능은,하기 때문에 이러한 문제는 ITE에 중요한 역할하나, 건 - 골 및 연골 - 투 - 뼈.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Poly(lactic acid) | NatureWorks | PLA 2002D | |
| Poly(ethylene glycol) | Sigma | 83797-1KG-F | |
| Sodium Cloride | Sigma | 793566-5KG-D | |
| Phosfate Buffer Solution | Sigma | P5368-10PAK | |
| Laboratory Mixer | Brabender | PLE 330 - Plasticorder | |
| Laboratory Press | Carver | ||
| Scanning Electron Microscopy | Phenom-world | ProX | |
| Universal Testing Machine | Instron | 3365 (UK) | |
| BioPuls Bath | Instron, Norwood | ||
| Sieving Machine | Endecotts | E.V.F.1. | |
| Vacuum Oven | ISCO | NSV9035 | |
| Precision Balance | Sartorius | AX224 |
References
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