Τριδιάστατη εκτύπωση (3D printing) υβριδικών υδρογελών για
βιολογικές εφαρμογές - Ανάλυση και βελτιστοποίηση των
παραμέτρων της διεργασίας

Διαμάντη, Έλενα Θωμαή; Diamanti, Elena-Thomai

dc.contributor.author	Διαμάντη, Έλενα Θωμαή	el
dc.contributor.author	Diamanti, Elena-Thomai	en
dc.date.accessioned	2017-09-11T12:07:14Z
dc.date.available	2017-09-11T12:07:14Z
dc.date.issued	2017-09-11
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45574
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14319
dc.rights	Default License
dc.subject	Υδρογέλες	el
dc.subject	Τριδιάστατη εκτύπωση	el
dc.subject	Βιομόρια-υδροξυαπατίτης	el
dc.subject	Κολλαγόνο	el
dc.subject	Χιτοζάνη	el
dc.subject	hydrogels	el
dc.subject	3D printing	el
dc.subject	Biomolecules-hydroxyapatite	el
dc.subject	Collagen	el
dc.subject	Chitosan	el
dc.title	Τριδιάστατη εκτύπωση (3D printing) υβριδικών υδρογελών για βιολογικές εφαρμογές - Ανάλυση και βελτιστοποίηση των παραμέτρων της διεργασίας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Επιστήμη υλικών	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/840868f9d668cd136ec6f074902084034906c943
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-07-03
heal.abstract	Στην παρούσα εργασία έγινε σύνθεση υβριδικών νανοδομημένων υλικών αποτελούμενων από κρυστάλλους υδροξυαπατίτη και βιομόρια (χιτοζάνη, κολλαγόνο) με στόχο την τριδιάστατη εκτύπωση εμφυτεύσιμων υλικών με ενισχυμένη βιοσυμβατότητα και βιοδραστικότητα για οστική ανάπλαση. Ο χαρακτηρισμός του υλικού κι η επιβεβαίωση της σύνθεσης του υδροξυαπατίτη εργαστηριακά έγινε με Φασματοσκοπία Υπερύθρου με Μετασχηματισμό Fourier Εξασθενημένης Ολικής Ανάκλασης (FTIR-ATR). Η ανάπτυξη τριδιάστατων υβριδικών ικριωμάτων υδροξυαπατίτη-βιομορίων καθορισμένης μικρο-αρχιτεκτονικής και μακροπορώδους έγινε μέσω τριδιάστατης εκτύπωσης (3D printing) των υλικών που αναπτύχθηκαν σε σύστημα αυτοματοποιημένης εξώθησης και επιλεκτικής εναπόθεσης υλικού σε ρευστή κατάσταση. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εκτυπωσιμότητα του υλικού αποτέλεσε η προσθήκη υδρογέλης ζελατίνης με στόχο τη βελτίωση της ρεολογικής συμπεριφοράς του υλικού προς εκτύπωση. Εξετάστηκε η επίδραση των κατασκευαστικών παραμέτρων F (ταχύτητα πρόωσης), E (απόσταση μετατόπισης εμβόλου), πλάτος μεμονωμένων ινών και ποσοστό πληρώσεως πλέγματος στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και τη διαστατική ακρίβεια των εκτυπωμένων δομών. Για την εύρεση των βέλτιστων παραμέτρων εκτύπωσης των υλικών που αναπτύχθηκαν σχεδιάστηκαν κυλινδρικά δοκίμια διαμέτρου 2cm, στα οποία μελετήθηκε η επίδραση των κατασκευαστικών παραμέτρων. Για την εκτύπωση των υβριδικών ικριωμάτων υδρογελών έγινε τροποποίηση του g κώδικα θερμοπλαστικών υλικών και τροποποίηση του 3D printer για υποστήριξη εκτύπωσης υδρογελών. Για την επίτευξη εσωτερικού μικροπορώδους στα εκτυπωμένα ικριώματα έγινε λυοφιλίωση και εξάχνωση των κρυστάλλων νερού που περιέχονταν σε αυτά. Όλα τα δείγματα παρατηρήθηκαν πριν και μετά την εξάχνωση του νερού μέσω οπτικής μικροσκοπίας, με στόχο την εύρεση του ποσοστού συρρικνώσεως και του βέλτιστου πλέγματος εκτύπωσης. Τα τριδιάστατα εκτυπωμένα ικριώματα υδροξυαπατίτη-βιομορίων που προέκυψαν μετά από τη μέθοδο της λυοφιλίωσης χαρακτηρίστηκαν ως προς τη δομή, το εσωτερικό πορώδες και τη διασυνδεσιμότητα των πόρων τους μέσω Ηλεκτρονική Μικροσκοπίας Σάρωσης (SEM) και Μικροϋπολογιστικής Τομογραφίας (microCT). Τα παραγόμενα ικριώματα χαρακτηρίστηκαν από διασυνδεδεμένο πορώδες δίκτυο, διπλής κατανομής μεγέθους πόρων σε μικρο- και μακροκλίμακα και ικανοποιητικές μηχανικές αντοχές.	el
heal.abstract	This thesis reports the synthesis of hybrid nanostructured biomaterials consisting of hydroxyapatite crystals and biomolecules, aiming at the 3D printing of implantable materials with enhanced biocompatibility and bioactivity. The characterization and confirmation of the synthesis of the hydroxyapatite nanocrystals was based on the Fourier Transform Infrared Spectroscopy - Attenuated Total Reflection (FTIR-ATR) technique. The development of three-dimensional hybrid hydroxyapatite-biopolymers scaffolds of defined micro-architecture and macroporosity was achieved through 3D printing of the developed materials in an automated extrusion system through selective deposition of material in liquid state. The main prerequisite for the printability of the material was the addition of gelatin hydrogel in order to improve the rheological behavior of the ink. The influence of 3D printing process parameters F (propulsion speed), E (piston displacement distance), fiber path width and infill pattern density were examined, and their effect on the geometrical features and dimensional precision of the final structures was investigated. Cylindrical specimens with 2 cm diameter were designed in order to study the effect and to find the optimal printing parameters of the developed materials. As far as the 3D printing process parameters of hybrid hydrogels scaffolds is concerned, G-code instructions for the 3D printer were generated by a Computer Aided Manufacturing software (Voxelizer) and these instructions were modified in order to support hydrogels printing. In order to achieve internal microporous network in the 3D-printed scaffolds, lyophilization and sublimation of the contained crystals of water were applied. All samples were observed before and after water was removed by optical microscopy, aiming at finding the shrinkage percentage and the optimal infill pattern. The 3D printed hydroxyapatite-biopolymers scaffolds were characterized after lyophilization to assess their structure, internal porosity and interconnectivity of their pores by Scanning Electron Microscope (SEM) and MicroCT (Micro-Computed Tomography). The scaffolds produced exhibited a bimodal pore size distribution both in micro and macro-scale combined with satisfactory load baring capabilities.	en
heal.advisorName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Κακάλη, Γλυκερία	el
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	130 σ.
heal.fullTextAvailability	true