大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目中期檢查表

1、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”項目中期檢查表項目編號：項目名稱三維打印磁性載藥復(fù)合支架材料的研究及其在骨腫瘤術(shù)后的應(yīng)用項目級別國家級上海市級校級負(fù)責(zé)人王遠(yuǎn)雯學(xué)號1126017202學(xué)院材料學(xué)院指導(dǎo)教師朱敏項目研究起止日期進(jìn)展情況請在表格末附3000字的項目中期研究報告已取得成果心得體會（）份調(diào)查報告（）份研究或設(shè)計方案（）份圖紙（）份實物（1）件發(fā)表論文（）篇軟件、著作（）份發(fā)明專利（）項其他專利（）項競賽獲獎情況：經(jīng)費使用情況批準(zhǔn)經(jīng)費：10000元已報銷經(jīng)費：4248元經(jīng)費花銷名目征測試費用、:化學(xué)試劑購買、三維打印相關(guān)耗材購買、性能表文獻(xiàn)查找及印刷費用、參考書籍購買費用、校外測試交通費項目自評（

2、簡要說明）本課題旨在采用三維打印技術(shù)，為骨腫瘤病人量身定制，三維磁性Fe3O4納米顆粒/介孔生物活性玻璃/聚已酸內(nèi)酯（Fe3O4/MBG/PCL）載藥復(fù)合支架材料，用于填充腫瘤組織切除造成的不規(guī)則空腔進(jìn)行原位治療，促進(jìn)骨組織再生與重建，并同時擔(dān)載抗腫瘤藥物，結(jié)合其磁熱效應(yīng)進(jìn)行術(shù)后抗腫瘤治療，以清除殘余腫瘤細(xì)胞，防止骨腫瘤的轉(zhuǎn)移和局部復(fù)發(fā)。我們已經(jīng)通過三維打印手段成功制備出一批Fe3O4/MBG/PCL磁性復(fù)合支架，用于骨腫瘤術(shù)后組織重建及抗癌治療，并且表征MBG粉體，F(xiàn)e3O4納米顆粒以及Fe3O4/MBG/PCL復(fù)合支架的微觀形貌、抗壓強度以及磁熱性能等。具有較強的可行性。按預(yù)定計劃取得了良

3、好的結(jié)果，為后期的實驗和完成項目奠定了基石。指導(dǎo)教師中期檢杳評語項目研究目的明確，可行性很強，且具有一定的創(chuàng)新性。目前進(jìn)展順利，按預(yù)定計劃取得了良好的結(jié)果，為后期的實驗和完成項目奠定了基石。學(xué)生在實驗執(zhí)行過程中群策群力，耐心勤奮，積極思考，并保持與指導(dǎo)教師及時的溝通交流，在發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力上有了很大的提高。負(fù)責(zé)人簽字：朱敏2014年6月30日請將本表及中期研究報告上傳至項目管理平臺W/cxcyxljh請將成果：獲獎、發(fā)表論文、專利、著作等掃描至件：發(fā)*，*供學(xué)分認(rèn)定等用。大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目中期研究報告項目成員：王遠(yuǎn)雯，杜曉宇，張由，李天翔，馬巖玉，黃婷指導(dǎo)教師：朱敏摘要：本課題

4、旨在采用三維打印技術(shù)，為骨腫瘤病人量身定制,三維磁性Fe3O4納米顆粒/介孔生物活性玻璃/聚已酸內(nèi)酯(Fe3O4/MBG/PCL)載藥復(fù)合支架材料，用于填充腫瘤組織切除造成的不規(guī)則空腔進(jìn)行原位治療，促進(jìn)骨組織再生與重建，并同時擔(dān)載抗腫瘤藥物，結(jié)合其磁熱效應(yīng)進(jìn)行術(shù)后抗腫瘤治療，以清除殘余腫瘤細(xì)胞，防止骨腫瘤的轉(zhuǎn)移和局部復(fù)發(fā)。此外，系統(tǒng)對支架材料的形貌結(jié)構(gòu)、機械強度、體外生物活性、抗癌藥物的傳輸、磁熱能力以及促成骨骼等性能進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞：三維打印磁性納米顆粒生物活性玻璃原位治療磁熱效應(yīng)一、項目成果簡介：1、通過三維打印手段成功制備出一批Fe3O4/MBG/PCL磁性復(fù)合支架，用于骨腫瘤術(shù)后組織重

5、建及抗癌治療。2、表征MBG粉體，F(xiàn)e3O4納米顆粒以及FeO/MBG/PCL復(fù)合支架的微觀形貌、抗34壓強度以及磁熱性能等。二、項目進(jìn)展：我們已經(jīng)初步完成了MBG粉末和磁性FeO納米顆粒的制備，并且通過3d打34印技術(shù)制備了Fe3O4/MBG/PCL支架。我們還對支架原材料MBG粉末和磁性FeO納米顆粒的物化性能進(jìn)行了探究。341、項目目前進(jìn)度：1.1制備MBG粉體和磁性Fe3O4納米顆粒MBG粉(Si/Ca/P摩爾比率80/15/5)制備通過使用非離子嵌段共聚物TOC o 1-5 h zEOPOEO(P123)作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑。4.0克P123,6.7克原硅酸四乙酯(TEOS),1.4207

6、020g的Ca(NO)4HO,0.73g的磷酸三乙酯(TEP)和1.0g0.5鹽酸溶解在60g322的乙醇并在室溫下攪拌24小時。制得的溶膠被引入一個培養(yǎng)皿蒸發(fā)引誘自組裝(EISA),24小時后干燥的凝膠在600C煅燒5小時后獲得MBG粉末。磁性FeO納米粒子通過共沉淀的方法。5.2克FeCl6HO,3.825gFeCl4HO343222和0.85毫升鹽酸(HCl,36%)溶解在25毫升的超純水，劇烈攪拌該溶液。與此同時，一滴一滴地加入250毫升氫氧化鈉溶液(1.5M)。上層清液被丟棄后,用超聲波降解法，用100ml的超純水洗滌沉淀。離心分離和洗滌的步驟要重復(fù)3次。最后，得到的沉淀在60C下真

7、空干燥箱內(nèi)干燥24小時。1.2通過3d打印技術(shù)制備Fe304/MBG/PCL支架在這項研究中,第四代三維打印機3dBioplotter(EnvisionTECGmbH,Germany)被用來打印3d支架。在打印支架之前，需要準(zhǔn)備可供注射的TOC o 1-5 h zFeO/MBG/PCL糊狀物。首先,MBG粉末和磁性FeO納米顆粒經(jīng)過研磨并過400目3434篩。0.8克FeO/MBG混合粉末(沒有加FeO的記為MBG,含5%FeO的記為3434345FeO/MBG,含10%FeO的記為10FeO/MBG，含15%FeO的記為15FeO3434343434/MBG)和0.5g的PCL完全溶解在2毫

8、升氯仿中。將FeO/MBG混合粉添加到34PCL水溶液(W:W=62:38),并在室溫下快速攪拌，直到混合物形成的糊狀Fe3O4/MBGPCL物恰好可以用來注射成型。最后，準(zhǔn)備好的糊狀物放入被固定在3dBioplotter印刷設(shè)備的聚乙烯注塑盒。同時，方形塊模型(6X6X6毫米)加載在BioplotterCAD/CAM軟件上，支架被分層繪制,將糊狀物擠壓成纖維,共有29層，支架內(nèi)部設(shè)計為0-90方向交替打印的大孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。施加給注射泵的壓力是1.5-3.0bar，配藥的速度為1.5-5mm/s,噴嘴的尺寸是0.25毫米。最后，獲得的FeO/MBG/PCL支34架是在37攝氏度的烤箱干燥2天蒸發(fā)

9、氯仿得到的。1.3MBG粉、磁Fe3O4納米顆粒和Fe3O4/MBG/PCL支架的表征1.3.1實驗儀器及過程用BrukerD8advance獲得寬角度的XRD圖譜。場發(fā)射射掃電鏡(FEIQuanta450)用于觀察復(fù)合支架微觀形貌及結(jié)構(gòu)。MBG的介孔織構(gòu)觀察由透射電子顯微鏡(JEOL-2010，200kV)完成。用MicromeriticsTristar3020得到N2吸附-解析等溫線。用Brunauer-Emmett-Tellwe(BET)和Barrett-Joyner-Halenda(BJH)方法來確定表面積，孔徑分布和孔隙體積。磁化曲線是由NanjingNandaLH-3振動樣品磁強計

10、繪得。FeO/MBG/PCL支架(6X6X6毫米)的孔隙度用阿基米德原理測量。用水作34p=蘭土叱XI四騙為液體介質(zhì)?？紫抖壤迷摴接嬎悖?Wdry是FeO/MBG/PCL支架的干重,sus是Fe0/MBG/PCL支架懸浮在水中的重量,W是3434satFeO/MBG/PCL支架完全浸沒時排出水的重量。34132實驗結(jié)論從TEM圖像(Fig.1A)可知，MBG粉末有高度有序的二維六角形介孔通道。寬角度的XRD分析(Fig.IB)顯示MBG粉末沒有衍射峰，寬衍射角2。=15-30。表明MBG粉末是無定形的。Fig.1C和D為MBG粉末的N2吸附-解析等溫線以及相應(yīng)的孔隙大小分布。IV等溫線與H

11、1型磁滯回線(Fig.1C)表示,P6mmMBG的介孔結(jié)構(gòu)材料。BET的表面積和孔隙體積在MBG粉末的P/P0=0.97時，分別為403m2/g和0.49cms/g。MBG粉末的孔隙大小分布使用BJH模型計算,峰值為3.5nm(Fig.1D)。TOC o 1-5 h z5Fe0/MBG/PCL,10Fe0/MBG/PCL和15Fe0/MBG/PCL支架被吸附在磁鐵的343434底部沒有掉落(Fig.2(2),除了MBG/PCL支架，其他支架都有磁性。MBG/PCL,5Fe0/MBG/PCL,10Fe0/MBG/PCL和15Fe0/MBG/PCL支架的孔隙率分別為34343459.65.6%,6

12、2.96.7%,61.75.4%and61.75.4%。MBG/PCL,5Fe0/MBG/PCL,10Fe0/MBG/PCL和15Fe0/MBG/PCL的抗壓強度分別為34343413.11.6MPa,13.91.4MPa,15.74.0MPaand16.61.9Mpa。Fig.3為Fe0磁性納米顆粒，聚已內(nèi)酯(PCL)以及Fe0/MBG/PCL支架的寬3434角度的XRD圖譜，F(xiàn)e0和PCL的衍射峰可以從圖譜中讀出，MBG的2。=15-3430o和PCL重合?？梢杂^察到Fe0的衍射強度隨Fe0含量的增加而增加。另外，3434當(dāng)Fe0,MBG和PCL混合，相結(jié)構(gòu)沒有顯著的變化，表明Fe0,MB

13、G和PCL復(fù)3434合物之間幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。1.4Fe0/MBG/PCL支架材料的熱磁性34Fe0/MBG/PCL的熱磁性由DM100System(nBnanoScaleBiomagnetics,34Spain)測得，溫度由精密傳感器測得。將研磨好的磁性支架材料粉末在分散在水中，使其濃度為10mg/ml。將溶液在磁場強度為180G頻率為409kHz和238kHz的交變磁場下30分鐘后會升溫，上限溫度將達(dá)到80C。材料從交變磁場吸收能力由SAR指數(shù)來衡量。SAR有以下公式得到:牛2=(p為吸收的能量，m為支架粉末的質(zhì)量）。Fig.4A為FeO/MBG/PCL支架材料的磁化曲線，F(xiàn)e0/MBG

14、/PCL擁有極好的TOC o 1-5 h z3434磁性行為，因為沒有磁滯回線。FeO/MBG/PCL的磁化飽和隨FeO含量的增加而3434增加。MBG/PCL,5FeO/MBG/PCL,10FeO/MBG/PCL和15FeO/MBG/PCL的磁化343434能力分別為0,10.1,20.2and29.0emu/g。Figure.4B為支架的溫度在外加交變磁場下的變化。在交變磁場下，MBG/PCL支架的溶液溫度沒有改變，5FeO/MBG/PCL,10FeO/MBG/PCL和15FeO/MBG/PCL343434溶液的溫度上升很迅速。15FeO/MBG/PCL的溶液溫度僅在兩分鐘內(nèi)在頻率為344

15、09kHz磁場強度為180G的交變磁場下由20C上升到43C。此外，磁性支架的加熱率與FeO的含量正相關(guān)。MBG/PCL,5FeO/MBG/PCL,10FeO/MBG/PCL和34343415FeO/MBG/PCL支架的SAR指數(shù)分別為0,1.4,2.9和4.7W/g342、已經(jīng)取得成果2.1通過三維打印手段成功制備出一批可以Fe3O4/MBG/PCL磁性復(fù)合支架，用于骨腫瘤術(shù)后組織重建及抗癌治療。2.2表征MBG粉體，F(xiàn)e3O4納米顆粒以及FeO/MBG/PCL復(fù)合支架，微觀形貌、抗34壓強度以及磁熱性能等。3、預(yù)期完成情況我們已經(jīng)初步完成了MBG粉末和磁性FeO納米顆粒的制備，并且通過3d

16、打34印技術(shù)制備了Fe3O4/MBG/PCL支架。我們還對支架材料MBG粉末和磁性FeO34納米顆粒的物化性能進(jìn)行了探究。4、存在的問題4.1通過3d打印技術(shù)制備FeO/MBG/PCL支架，3d打印技術(shù)目前還不算34十分成熟，普及度也不是很廣，所以對FeO/MBG/PCL支架的制備有所限制。34此外，3d打印無法進(jìn)行批量生產(chǎn)，一次只能生產(chǎn)一件樣品，無疑是又耗時又費力的。無形之中增加了生產(chǎn)成本，不利于FeO/MBG/PCL支架的市場普及。344.2在混合物中加入PCL調(diào)節(jié)供打印磁性支架原料的捏稠度，尋找pel合適的含量范圍，使得磁性支架能夠順利流暢的被3d打印機打印。4.3專業(yè)知識的限制，在以后

17、的試驗中，我們將對FeO/MBG/PCL磁性支34架的生物性能進(jìn)行探究。由于我們的組員都是材料出身，對生物方面的知識比較匱乏。我們要查閱大量的相關(guān)文獻(xiàn)，實驗才能進(jìn)行下去。5、后期計劃5.1體外生物活性檢測：體外模擬體液(SBF)浸泡特定時間。綜合運用SEM、XRD、FT-IR、EDS等表征手段考察Fe基摻雜對MBG生物活性的影響。5.2骨髓基質(zhì)干細(xì)胞共培養(yǎng)：探究復(fù)合支架的細(xì)胞相容性、細(xì)胞存活及增殖情況；通過堿性磷酸酶活性檢測和相關(guān)成骨基因的檢測探究FeO/MBG/PCL34磁性支架對誘導(dǎo)干細(xì)胞向成骨方向分化的作用。5.3FeO-MBG粉體中真空浸漬擔(dān)載阿霉素，利用UV-Vis分光光度計檢測磁3

18、4性粉體的載藥量，對復(fù)合支架整體進(jìn)行體外藥物模擬釋放實驗研究，考察FeO34摻雜對MBG載藥行為的作用，進(jìn)一步優(yōu)化材料合成工藝。5.4考察磁性支架的磁熱療性能。在特定磁場強度條件下，測定腫瘤細(xì)胞的存活情況。主要參考文獻(xiàn)(5個以內(nèi))CarnesalePG,PitcockJA.Tumors.CampbellsOperaOrthop.1980;6:1277-1378.LaneJM,TominE,BostromMP.Biosyntheticbonegrafting.ClinOrthopRelatRes.1999;S107-17.3ArringtonED,SmithWJ,ChambersHG,BucknellAL,DavinoNA.Complicationsofiliaccrestbonegraftharvesting.ClinOrthopRelatRes.1996;300-9.DamienCJ,ParsonsJR.Bonegraftandbonegraftsubstitutes:areviewofcurrenttechnologyandapplications.JApplBiomater.1991;2:1