为个二维成像技术，包括可见光传播穿过个很薄的对象，是通过探测光的吸收散射或干涉以提供细胞核亚细胞级结构的高分辨率对比度，这种方法用在几乎所有的生物实验室，由于焦平面外围缺乏聚焦光，限制了样品的成像深度，使成万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文像受限。已经成熟的数字卷积方法使这些标准的透射光方法扩展到，这个改善允许了厚样品的成像，与样品的透明度相关，它的成像深度围绕在几百微米，在不使用外源造影剂的情况下，可以实现细胞和材料结构的成像。荧光成像即便有最优化去卷积算法，但样品的成像厚度还是受限的。荧光成像扩充了光学显微术，它有极高空间分辨率亚微米和显著增加的成像深度，荧光标记技术具有成像多样性，包括有细胞间相互作用组织功能和整体结构，在些情况下，荧光显微术可以在无需外源标记时利用天然荧光素来监测细胞工程组织和生物材料。共聚焦显微成像共聚焦显微术是种荧光成像技术，它利用激光点光源来扫描样品，利用针孔减少焦平面外围光的聚焦，扫描样品的多个体积图像，它的成像深度可达但保持亚细胞级空间分辨率。许多的组织工程和再生医学研究已经利用荧光反应的好处来评估组织,万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文,系统，根据成像系统，这些技术测量样品传播光或反射光的散射吸收或发光情况，光源的特性即波长和强度，控制了样品穿透深度和成像体积的大小。光学成像技术有较高空间分辨率，可实现细胞核亚细胞特征的可视化，但是往往成像的深度体积就会受到限制。光学成像包括的些具体成像方式有如光学显微成像荧光成像共聚焦显微成像光学相干层析成像生物发光成像等。光学显微成像光学显微术通常被描述为个二维成像技术，包括可见光传播穿过个很薄的对象，是通过探测光的吸收散射或干涉以提供细胞核亚细胞级结构的高分辨率对比度，这种方法用在几乎所有的生物实验室，由于焦平面外围缺乏聚焦光，限制了样品的成像深度，使成万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文像受限。已经成熟的数字卷积方法使这些标准的透射光方法扩展到，这个改善允许了厚样品的成像，与样品的透明度相关，它的成像深度围绕在几百微米，在不使用外源造影剂的情况下，可以实现细胞和材料结构的成像。荧光成像即便有最优化去卷积算法，但样品的成像厚度还是受限的。荧光成像扩充了光学显微术，它有极高空间分辨率亚微米和显著增加的成像深度，荧光标记技术具有成像多样性，包括有细胞间相互作用组织功能和整体结构，在些情况下，荧光显微术可以在无需外源标记时利用天然荧光素来监测细胞工程组织和生物材料。共聚焦显微成像共聚焦显微术是种荧光成像技术，它利用激光点光源来扫描样品，利用针孔减少焦平面外围光的聚焦，扫描样品的多个体积图像，它的成像深度可达但保持亚细胞级空间分辨率。许多的组织工程和再生医学研究已经利用荧光反应的好处来评估组织工程和再生医学相关方案，其成像体积和空间分辨率取决于具体所使用的显微成像系统。生物发光成像，是种探测生物样品发出光的技术，需要引入荧光素酶到动物或细胞，在很多研究中，用来追踪植入后的细胞，的荧光素酶转染可识别注射后细胞的位置。可以实现在体工程组织和细胞非侵入式纵向的成像，同时根据使用的催化剂，它能提供功能信息。但是，这个技术需要引入个荧光素酶基因，不能给出空间信息。光学相干层析成像，是种类似于的光学方法，但是光波能实现更大的组织成像深度，透镜在个指定的深度聚光，测量回波时延和光强大小，与原始相比，生成样品光学散射的映射，有几种不同成像方法的应用依赖于光束的形状和波长。对样品的成像有厚度，但随着成像深度增加，空间分辨率减小。已被广泛用在细胞的成像细胞迁移的追踪细胞位置的观测和体外组织工程支架上组织沉积的检查上。已得到证实，对于监测生物反应器中的工程组织而言，是个有用的工具，如多普勒可以同时对个组织工程血管的灌注和组织架构同时成像，它也可用来映射个多孔结构的局部血流和剪切用力，金纳米粒子添加到个生物反应器里的灌注流来增加的对比度，可以得到动力学行为的更多细节。比较上述各个成像方法，可以发现，同时具有如下优点可以实现光学活检，成像分辨率高，是种非侵入式无辐射和无创伤性的监测手段，有定的成像深度。研究中，我们针对的是对多孔水凝胶支架的表征，水凝胶支架是含水量高散射性高且表面不透明的，所以本文我们选择的是技术实现对多孔支架的表征。研究的主要内容和意义万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文主要研究内容组织工程的核心部分是构建由细胞和支架材料组成的三维空间复合体，多孔支架作为组织工程的载体，是组织工程中个重要的研究内容，它的形态和微观结构最终决定着重建组织或器官的形状和结构。支架的孔隙形状和尺寸强烈影响细胞的行为，它的高孔隙率和连通性能促进细胞的迁移扩散增殖和信号传导等。水凝胶是生物可降解的亲水性且不溶于水的，特别适合用于软组织的支架构建，但是将他们塑造成预先设定好的几何形状很难。本课题针对软组织的修复和再生，制备了三维多孔水凝胶支架，同时对制备的支架进行了评价研究，其研究的主要内容如下第章简单概述了研究组织工程支架的背景，介绍了组织工程多孔支架的不同制备技术，及评价组织工程支架结构的各种表征技术。第二章详细阐述了三维打印技术，介绍了支架设计和制备的方法和过程，包括对制备材料的选择，材料的准备以及打印的具体过程等。第三章介绍了技术的原理及其分类，分析了扫频系统相比较于其他成像系统的优势，并详细说明了我们使用的扫频系统，及其怎样实现对各个三维水凝胶支架样品的多次非侵入式采集。第四章主要介绍了对序列图的图像处理过程及对支架结构形态参数的定量测量算法，其中图像处理涉及到三维重建图像预处理图像二值化形态学处理以及三维标记等，形态学参数则包括孔径大小孔隙率孔连通性以及支柱大小。第五章呈现的是对多孔支架各个形态参数的定量分析结果及其讨论，分析了会生成这样结果的可能原因。第六章总结了论文部分的主要工作，以及支架结构评价的意义，分析了接下来还有待做的研究工作。课题的研究意义组织工程学是基于工程学和生命科学的原理和方法，对正常和病态两种状态下的哺乳类动物组织结构功能的关系进行最基本的研究，并且开发具有生物学性能的替代品，用于修复维持或改善受损组织或器官功能的学科。支架是组织工程中的关键部分，作为组织工程的载体，他的形态和微观结构最终决定着重建组织或器官的形状和结构。所以，对组织工程支架的评估研究非常重要。定量分析支架的孔径大小孔隙率和孔连通性，以及孔隙大小和支柱大小的分布，将帮助理解三维打印条件对支架参数的影响，反馈控制制造的支架的尺寸精确性。因实现的是对生成的支架中不同孔隙大小所占百分比的分析，定量地标记了与制造过程相关的几何形状控制偏差，可以说孔径大小分布的分析能为设计和制备功能等级支架提供定的基础。万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文第章三维水凝胶支架的设计与制备组织工程支架是人工合成的具有三维结构的框架，它用生物材料作为仿生细胞外基质，是细胞粘附迁移增殖和进行生命活动等的空间，它的形态和微观结构最终决定着重建组织或器官的形状和结构。对于支架而言，影响它性能的因素主要包括有支架所用材料以及支架的内外部结构。组织工程支架设计过程中，几个关键的形态学参数有支架的孔隙形状和大小孔隙率以及孔连通性等，依据最优形态学参数，以及方便支架的连续性分析，具备高可控性和重复性的支架制备能力是个重要的需求。本章介绍了支架设计和制备的过程和方法。多孔水凝胶支架的设计通常认为，理想的组织工程支架在设计过程中应遵循以下的几个原则良好的生物相容性无毒，利于细胞黏附增殖，不会引起机体免疫排斥，安全用于人体良好的生物降解性支架降解速率与细胞增殖速率保持致，降解产物对人体无害具有三维多孔结构合适的孔径，高孔隙率，具有较大比表面积，利于营养物质与废物输运，以及利于细胞的粘附增殖和细胞外基质的沉积适当的生物机械强度为细胞的生长提供支撑易于杀菌消毒和储存组织材料具有定的稳定性其中，组织工程三维多孔支架的宏观和微观模型对组织再生非常重要，实践已经证明，支架的孔隙几何形状包括孔径大小和孔隙形状，都会影响支架上细胞的迁移增殖和分化，而且，复杂的内部流通网络结构对于营养物质和氧的输送以及废物的及时排出是至关重要的，这可能改变整个组织的功能。种良好的组织工程支架内部应有相互连通的多孔结构，应能达到定的孔隙率，般多孔状的结构可谓细胞的有效粘附和快速增殖提供足够多的表面积与有效的空间，同时也有利于营养液及细胞代谢物的充分流动与有效排出。支架内部的多孔结构在营养液加入后形成定的流道，这种流道是否通畅无阻会对支架的生物性能产生关键影响。本文中，根据孔隙形状三角形和四边形和内部流通网络结构的不同，设计了种不同的支架原型，孔隙大小的设计理论值是假定孔的内接圆直径为孔隙大小，其中包括设计了不含侧向通道和含侧向连接通道的三角形孔和四边形孔支架。