(3.215.180.226) 您好!臺灣時間:2021/03/06 12:49
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:楊雅量
論文名稱:建構紫外光快速原型系統製作組織工程支架支應用
論文名稱(外文):Development of UV Prototyping System for Tissue Engineering Scaffolds
指導教授:鍾官榮
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:103
中文關鍵詞:快速原型組織工程支架聚乙二醇-丙烯酸酯紫外線固化
外文關鍵詞:Rapid PrototypingTissue EngineeringScaffoldsPEG-ACUV curing
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:182
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
組織工程支架為一多孔性支架,可提供很好的環境讓細胞貼附生長、分化和形成細胞外間質(Extracellular Matrix , ECM),在傳統的支架製造方法上,普遍有著孔洞大小、分布不易控制、特定外形難以製作,以及冗長的製作時間等問題,皆造成支架製作使用上的不便利;然而以快速原型(Rapid Prototyping)技術應用在製作支架上,以層加工堆疊成型,可有效地解決傳統製作支架的問題。
本研究建構一套紫外光快速原型系統(UV Rapid Prototyping System)用於製作生物支架。選擇以紫外光代替昂貴的雷射光源當作系統照射光源。在經濟上的考量也更具效益。將UV光照射到光聚合生醫材料上,以伺服馬達自動控制每層圖案,如此一層一層的堆疊出每個切層平面。系統成功地製作出0/90度直交結構的多孔支架。經水沖洗後處理,孔洞其3D效果尤佳且具孔洞連通性。以此新光源系統製作支架條寬(Fiber width)約為600μm,可得兩種的孔洞尺寸約為150μm和200μm以供日後測試孔徑大小對細胞成長的影響。
聚乙二醇-丙烯酸酯(PEG-AC)型光交聯劑可受UV光激發而發生交聯反應,混入比例為85比15的聚乳酸-甘醇酸(85/15 PLGA)改善其親水性。針對所製作之組織工程支架PEG-AC,其整體具透光性,因此未來培養細胞後藉由顯微鏡可立即觀測細胞成長之情形。並對所使用的生醫高分子材料,PEG-AC型與PEG-AC/PLGA型,進行材料硬度測試。

關鍵詞:快速原型、組織工程、支架、紫外線固化、聚乙二醇-丙烯酸酯

Abstract
Tissue Engineering scaffold is a porous scaffold , it can offer cell an
excellent environment to adhesion, grow, differentiate and form Extracellular
Matrix (ECM). Traditional methods to generate tissue engineering scaffold have
encountered issues such as limited control of pore-size, restricted geometric
shapes, and long fabrication periods. Layered manufacturing techniques, also
known as Rapid Prototyping (RP) processes, provide a great opportunity for
fabricating scaffolds without above problems.
In this research, an UV Rapid Prototyping system was developed to cure
UV-curable biodegradable material to generate scaffold. Instead of using an
expensive laser light source in Stereo Lithography Apparatus (SLA), UV light
source was selected in the system. With this approach, the cost of the system
could be reduced. The UV light was focused to cure the biodegradable material.
The servomotors were used to control the x-axis and y-axis, the layer pattern,
automatically. Scaffolds with 0/90 square pores were ∘ fabricated successfully
by this system. The 3D interconnected pore network could be achieved after
flushing the fabricated scaffolds by water. The width of fiber is about 600μm.
The two pore size of scaffolds achieved by this system was about 150μm and
200μm for future testing that the influence of porosity size upon cell growth in
this range.
The biodegradable material exploited in this study is 85/15PLGA, and the
PEG-AC polymer, which can be excited by UV light to cause cross-linking
reaction, is added as the agent of cross-linking. PEG-AC polymer can also
improve the hydrophile of PLGA. Direct to the fabrication of PEG-AC scaffold
of Tissue Engineering, it appears transparent quality. Therefore, it can observethe cell growth immediately with the microscope after culture cell in the future.
Hardness tests of the fabricated scaffolds were conducted in order to compare
the two scaffold materials, PEG-AC type and PEG-AC/PLGA type, used in this
research.
目錄
摘要 I
Abstract III
謝誌 V
目錄 VI
圖目錄 X
表目錄 XV

第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的和方法 2
1-3 論文撰寫架構 3
第二章 文獻探討 4
2-1 組織工程(Tissue Engineering)簡介 4
2-1-1支架材料之特性 5
2-1-2高分子生醫材料 7
2-1-2-1 天然高分子生醫材料 7
2-1-2-2 合成高分子生醫材料 10
2-1-3一般支架製備方法 13
2-2快速原型的意義 17
2-2-1快速原型技術流程 18
2-2-2快速原型技術之發展 19
2-2-3 商業化快速原型系統簡介 21
2-2-3-1 固態類 22
2-2-3-1-1 薄材疊層製造(LOM) 22
2-2-3-1-2 熔解層積造形(FDM) 24
2-2-3-2 液態類 25
2-2-3-2-1 立體快速成型裝置(SLA) 25
2-2-3-2-2 實體固化成形(SGC) 26
2-2-3-3 粉末類 28
2-2-3-3-1 局部雷射燒結(SLS) 28
2-2-3-3-2 3D 列印(3DP) 30
2-2-4應用快速原型技術製造組織工程之支架 31
2-2-5光成型微快速原型技術 37
2-2-5-1 掃描式微快速原型技術 38
2-2-5-2 投射式微快速原型技術 39
2-2-5-2-1 實體光罩之投射式微快速原型系統 40
2-2-5-2-2 動態光罩之投射式微快速原型系統 40
2-3紫外光硬化樹脂 41
2-3-1光硬化樹脂的理論 43
2-3-2光硬化的反應機制 43
第三章 紫外光快速成型系統架構 46
3-1線性XY平台 48
3-2成型平台 53
3-3紫外線點光源機 54
3-4 Z軸驅動機構 57
3-5光遮斷器 58
3-6 PC-Based 控制器 59
3-6-1 PC-Based 控制器簡介 59
3-6-2 PC-Based 控制器架構 60
3-6-3 運動控制單元 61
3-6-4人機介面 64
第四章 實驗方法與結果 65
4-1 實驗藥品與設備 65
4-2 材料系統介紹 66
4-2-1 光起始劑 66
4-2-2 光交聯劑 68
4-2-3 添加劑 70
4-2-4 光聚合生醫材料 71
4-3 加工系統流程與支架製作 72
4-3-1 加工參數 72
4-3-2 多孔性支架製作 75
4-3-2-1加工路徑規劃 75
4-3-2-2單層支架製作 77
4-3-2-2-1單層支架路徑規劃 77
4-3-2-2-2單層支架製作之結果 80
4-3-2-3雙層支架製作 83
4-3-2-3-1雙層支架路徑規劃 83
4-3-2-3-2雙層支架製作結果 84
4-4 材料性質測試-硬度測試 92
4-4-1硬度測試理論 92
4-4-2硬度測試實驗 93
4-4-2-1鑲埋製作 93
4-4-3硬度測試結果 93
第五章 結論與建議 95
5-1 結論 95
5-2 建議 96
參考文獻 98

圖目錄
圖2-1 組織工程的方法 4
圖2-2 組織工程三要素 5
圖2-3 PLGA化學式 11
圖2-4 PLGA原料及各式製品 12
圖2-5 鹽析法所製成之支架 13
圖2-6 Si-Nae Park等人在不同冷凍溫度下所製作之多孔支架 14
圖2-7 擠製成型法的架構 15
圖2-8 Markus S. Widmer等人所擠製之中空支架 15
圖2-9 纖維鍵結法所製成之網狀結構 16
圖2-10 Guobao Wei.等人所製作之NHAP/PLLA (50:50)支架 16
圖2-11 快速原型加工原理 18
圖2-12快速原型製造流程 19
圖2-13 依材料成形方式分類之快速原型製程 21
圖2-14 LOM 快速原形系統 23
圖2-15 FDM 快速原形系統 24
圖2-16 SLA 快速原型系統 26
圖2-17 SGC 快速成型加工示意圖 27
圖2-18 SLS 快速原形系統 29
圖2-19 3DP 快速原型系統 30
圖2-20 FDM系統工作原理 31
圖2-21 Iwan Zein等人所製作之PCL 支架 32
圖2-22 Samar Jyoti Kalita等人所製作之複合支架 33
圖2-23 3DP系統工作原理 34
圖2-24 3DP所製作之彩色工件 34
圖2-25 C.X.F. Lam等人所製作之半月板支架 35
圖2-26 Zhuo Xiong等人所製作之PLLA支架 35
圖2-27 Rapid prototyping robotic dispensing system 36
圖2-28 掃描式微快速原型系統 38
圖2-29 投射式微快速原型系統 38
圖2-30 掃描式快速成形之代表機構 39
圖2-31 使用實體光罩之投射式微快速原型系統 40
圖2-32 動態光罩之投射式微快速原型系統 41
圖2-33 傳統樹脂與光硬化樹脂收縮比較圖 42
圖2-34 光硬化樹脂之聚合反應程序 45
圖3-1 系統架構 47
圖3-2 線性XY平台 48
圖3-3滾珠螺桿與伺服馬達模組 50
圖3-4線性滑軌示意圖 50
圖3-5 伺服馬達迴路控制 51
圖3-6 配線台示意圖 53
圖3-7成型平台 54
圖3-8紫外線點光源機 54
圖3-9光源聚焦夾治具 55
圖3-10 光導向纖維裝置 56
圖3-11 光纖點光源機外型尺寸圖 56
圖3-12 龍門裝置組裝完成示意 57
圖3-13 Z軸驅動機構 58
圖3-14 光遮斷器 ((左)實體圖 (右)配線圖) 58
圖3-15 PC-Based 的控制架構 60
圖3-16 PCI-8164軸向控制卡與轉接板 62
圖3-17控制系統示意圖 63
圖3-18 RP系統人機介面 64
圖4-1 光起始劑 TPO 之光吸收曲線圖 67
圖4-2聚乙二醇的化學結構 69
圖4-3 PEG-AC 之化學結構式 69
圖4-4 PLA、PGA共聚物成分與降解半衰期關係 71
圖4-5 伺服馬達的控制介面 73
圖4-6 特徵發生偏移的現象 73
圖4-7 加工成型支架之層厚 75
圖4-8 支架內部結構方向0/90度 75
圖4-9 堆疊結構名詞 76
圖4-10 Zigzag加工路徑示意圖 76
圖4-11 紫外光源單點照射固化成品 77
圖4-12長 × 寬為5mm×5mm單層支架模型圖 78
圖4-13 紫外光以Zigzag 路徑來回加工 80
圖4-14單層支架製作結果 82
圖4-15單層支架之實際條寬與間距大小 83
圖4-16 網狀偏移結構 83
圖4-17 沖洗後之條寬600μm,間距400μm雙層支架結構圖 85
圖4-18 沖洗後之條寬600μm,間距400μm雙層支架孔洞大小 85
圖4-19變更尺寸之單層支架模型圖 86
圖4-20變更尺寸之單層支架結構圖 87
圖4-21變更尺寸單層支架之實際條寬與間距大小 88
圖4-22變更尺寸支架之第二層支架模型圖 89
圖4-23沖洗後之變更支架尺寸的雙層支架結構圖 90
圖4-24沖洗後之變更支架尺寸的雙層支架孔洞大小 90
圖4-25雙層支架放大25倍的剖面圖 91
圖4-26 Durometer Hardness儀器圖 92
圖4-27箱埋成品 93
圖4-28硬度測試 94
圖4-29硬度對應表 94

表目錄
表2-1 天然高分子材料的醫療用途 9
表3-1 伺服馬達與伺服馬達驅動器規格 51
表3-2 ANUP 5204產品規格表 55
表4-1 光起始劑TPO 之基本資料 67
表4-2 光聚合生醫材料之調配比例 71
表4-3 製作單層支架尺寸表 78
表4-4 單層支架的設計尺寸與實際尺寸比較 81
表4-5 變更單層支架之間距尺寸 86
表4-6 變更尺寸支架的設計尺寸與實際尺寸比較 87
表4-7 不同路徑規劃之雙層支架孔洞大小比較 91
表4-8 生醫材質物理性質觀察結果 92
表4-9硬度測試結果 93

1.李宣書(2001,6),”淺談組織工程”,物理雙月刊(二十四卷三期)。
2.Background on Tissue engineering,( http://www-2.cs.cmu.edu/People/tissue/ tutorial.html)
3.黃仁波(1995),”以冷凍式快速原型法製作組織工程支架”,國立中央大學機械工程研究所,碩士論文。
4.T.B.F. Woodfield, J. Malda, J. de Wijn, F. Peters, J. Riesle, C.A.van Blitterswjk(2004). “Design of porous scaffolds for cartilage tissue engineering using a three-dimensional fiber-deposition technique”. Biomaterials, 25 , 4149-4161.
5.Mikos, A. G. and Temenoff, J. S.(2000),“ Formation of Highly Porous Biodegradable Scaffolds for Tissue Engineering ”, Electronic Journal of Biotechnology, Vol. 3, No.2.
6.Shoufeng Yang , Kah-Fai Leong, Zhaohui Du, Chee-Kai Chua(2001). “The design of scaffolds for use in tissue engineering. Part I. Traditional Factors”, Tissue Engineering, Volume 7, Number 6,679-689.
7.俞耀庭(2004),生物醫用材料,初版,新文京。
8.D.K. Gilding A.M. Reed(1981). “Biodegradable polymers for use in surgery-Poly (glycolic acid) / Poly (lactide acid)homo-and copolymers.2.In vitro degradation. ” , Polymers.22, pp494.
9.http://tw.myblog.yahoo.com/jw!ZKwmgZyFGRsJ4s4XMfTTO3Muh3xK4s.DwUU-/article?mid=1337。
10.張根源(2001,2),”生物吸收性PLGA材料合成與應用技術”,工業技術與資訊第112期。
11.蔡秉宏(1999),”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。
12.Dumitriu S.(1994),”Medical application of synthetic polymers”, Marcel Dekker, New York, pp 725.
13.J.M. Taboas et al.(2003), “Indirect solid free form fabrication of local and global porous, biomimetic and composite 3D polymer-ceramic scaffolds”, Biomaterials, 24, 181-194.
14.Whang, K., Thomas C. K., Healy K. E., and Nuber G.(1995), “A novel method to fabricate bioabsorbable scaffolds”, Polymer 36, 837-842.
15.Si-Nae Park et al.(2002), “Characterization of porous collagen/hyaluronic acid scaffold modified by 1-eyhyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide”, Biomaterials, 23, 1205-1212.
16.Widmer M.S., Gupta P.K., Lu L., Meszlenyi R.K.(1998), Evans G.R.D., Brandt K.,Savel T., Gurlek A., Patrick C.W., Mikos A.G., “Manufacture of porous biodegradable polymer conduits by an extrusion process for guided tissue regeneration”, Biomaterials, 19, 1945-1955.
17.Kwangsok Kim Kwangsok Kim, Meiki Yu, Xinhua Zong, Jonathan Chiu, Dufei Fang, Young-Soo Seo, Benjamin S. Hsiao, , Benjamin Chu and Michael Hadjiargyrou(2003), “Control of degradation rate and hydrophilicity in electrospun non-woven poly(D,L-lactide) nanofiber scaffolds for biomedical applications”, Biomaterials, 24, 4977-4985.
18.Guobao Wei and Peter X. Ma(2004),“Structure and properties of nano-hydroxyapatite/ polymer composite scaffolds for bone tissue engineering”, Biomaterials, 25, 4749-4757.
19.Ch. Schugens et al.(1996), “Polylactide macroporous biodegradable implants for cell transplantation. Ⅱ. Preparation of polylactide foams by liquid-liquid phase separation”, J. Biome Mater Res. 30 ,449-461.
20.鄭正元(1997),“電腦輔助設計技術參考手冊---快速原型加工”,國立台灣工業技術學院機械工程技術系。
21.Andreas Gebhardt(2003), “Rapid Prototyping,” Carl Hanser Verlag, Munich.
22.Douglass M.R.(1998), ”Lifetime Estimates and Unique Failure Mechanisms of the Digital Micromirror Device,” Proceedings of the 36th Annual IEEE International Reliability Physics Symposium, Reno, Nevada.
23.黃台生(1997), “快速成型-原理與製造上的應用”,六合出版社。
24.李心智(2000), 壓熱分離裝置應用於快速原形-層狀成形方法(LOM)之研究, 國立台灣大學機械工程研究所,碩士論文。
25.www.stratasys.com/Global/index.html。
26.www.cubital.com/,2005.\。
27.rpc.msoe.edu/machines.php。
28.楊皓文(2006),“連續二階段快速原型機之設計”,國立成功大學機械工程研究所,碩士論文。
29.Major RP Techologies, (http://www.uni.edu/~rao/rt/major_tech.htm).
30.Iwan Zein et al.(2002),”Fused deposition modeling of novel scaffold architecture for tissue engineering application”, Biomaterials 23 , 1169-1185.
31.Kalita, S.J. and Bosea, S.(2003),“Development of controlled porosity polymer-ceramic composite scaffolds via fused deposition modeling”, Materials Science and Engineering C, 23, 611-62.
32.Distribuidores Autorizados de Impresoras 3D Zcorporation, (http://tecsol3d.com/ zcorp/).
33.C.X.F. Lam, X.M. Mo, S.H. Teoh, and D.W. Hutmacher(2002),“Scaffold development using 3D printi ng with a starch-based polymer”, Materials Science and Engineering C, 20, 49-56.
34.Zhuo Xiong et al.(2001), “Fabrication of porous poly (L-lactic acid) scaffolds for bone tissue engineering via precise extrusion”, Scripta materialia 45 773 779.
35.T.H. Ang et al.(2002), “Fabrication of 3D chitosan-hydroxyapatite scaffolds using a robotic dispensing system”, Materials Science and Engineering C, 20, 35-42.
36.Vijay K. Varadan, Xiaoning Jiang and Vasundara V. Varadan(2001), “Micro-stereolithography and other Fabrication Techniques for 3D MEMS,” John Wiley & Sons LTD.
37.劉建良, 雙鍵化工www.chement.com.tw/magazine/200302/index2.htm。
38.C. G. Roffey(1982), Photopolymerization of Surface Coating, John Wiley & Sons, pp.161.
39.劉瑞祥 編譯(1991),感光性高分子,復文書局,台南。
40.S. Peter (1980), “UV Curing Science and Technology”, Technology Marking Corporation, Stamford.
41.吳采蓉(2010),〝應用田口方法於紫外光固化快速原型製程之參數優化〞,彰化師範大學機電工程學系機電工程研究所,碩士論文。
42.楊博翔(2004),〝掃瞄光罩式快速原型系統研究〞,台灣科技大學自動化及控制研究所,碩士論文。
43.www.hiwin.com.tw/chinese/guideway.htm,2005.
44.松下電工Machine&Vision株式會社,(http://naismv.com/t/)。
45.廖瑞智(2003),〝變焦式DLP 光罩模組之尺寸校正及其在快速原型系統之應用研究〞,台灣科技大學工程技術所自動化及控制學程,碩士論文。
46.www.csim.com.tw/teach/12/tech12.htm,2005.
47.李孟龍(2005),”動態光罩快速原型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。
48.www.chemblink.com/products/26570-48-9.htm
49.Sun, S.; Wong, Y. W.; Yao, Kangde and Mak, F. T.(2000), “Study on mechano-electro-chemical behavior of chitosan/poly(propylene glycol) composite fibers” J. Appl. Polym. Sci., 76, 4, p 542-551.
50.陳彥霖(2007),” 組織工程用三維支架之電腦輔助製程設計”,國立中央大學機械工程研究所,碩士論文。
51.http://www.machinist-materials.com/hardness.htm

連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 林淑馨,日本第三部門的研究概念、現況及問題的分析,中國行政第七十期,2001年9月。
2. 法治斌,大陸地區之國家賠償及損失補償,政大法學評論第五十二期 ,1994年12月。
3. 汪信君,論強制汽車責任保險法修正條文-補償與賠償之再省思,臺灣本土法學雜誌,2005年3月。
4. 李聲吼,非營利組織領導者人力運用與開發策略之探討,研習論壇月刊第三期,2001年3月。
5. 李錫棟,刑事補償概論,警察法學第六期,2007年10月。
6. 李小明,天外橫禍有「交通事故特別補償基金」打開一扇方便,消費者報導,2002年12月。
7. 李震山,行政損失補償法定原則--無法律即無補償嗎?,臺灣本土法學雜誌七十一期,2005年6月。
8. 江明修、梅高文,自律乎?他律乎?財團法人監督機制之省思,中國行政評論第十二卷第二期,2003年3月。
9. 江明修、陳定銘,我國基金會之問題與健全之道,中國行政評論,1999年6月。
10. 朱又紅,第三部門的創新-對一個非營利機構產生和發展過程的思考,中國社會科學季刊總第二十八期一九九九年冬季號。
11. 王澤鑑,危險社會、保護國家與損害賠償法,月旦法學雜誌,2005年2月。
12. 官有垣,非營利組織在台灣的發展:兼論政府對財團法人基金會的法律規範,中國行政評論第十卷第一期, 2000年12月。
13. 施源欽,警械使用國家責任之研究,中央警察大學警學叢刊第三十九卷第四期,2009年1月。
14. 洪久雅,產業化對非營利組織的影響:以我國社福類基金會為例,研考雙月刊第二十八卷二期,2004年4月。
15. 翁岳生,台灣近年來之行政法發展,法令月刊,2001年3月。
 
系統版面圖檔 系統版面圖檔