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    • 用作牙科屏障膜的再生丝素蛋白薄膜的反应性喷墨打印

    发布时间：2018-01-27
    发布人：RUIDU

    反应性喷墨打印（RIJ）是将再生丝素蛋白（RSF）形式的丝组装成不同结构的合适方法。打印的RSF薄膜的特点是它们的结晶度和表面特性，这些特性可以通过RIJ进行控制。由于反应性喷墨打印（MicroFab喷墨打印技术）可以控制RSF结晶度并因此控制其降解速率，以及提供结合生物活性nHA夹杂物的能力，因此反应性喷墨打印被认为是RSF加工和生产牙科屏障膜的合适替代方法。牙周炎是一种牙齿疾病，它会破坏牙齿的支撑结构，例如牙槽骨，并最终导致牙齿脱落。在24.4%的30至34岁的成年人中，牙周炎以轻度至重度的形式出现，而在65岁及以上的成年人中，这一比例增加到70.1%。如果牙周炎没有及早治疗，或者牙周状况持续恶化，可能需要进行手术干预。屏障膜可与引导骨再生（GBR）结合使用，以帮助修复牙周炎造成的损伤。GBR促进和指导新骨的生长，而屏障膜将缺损部位与快速生长的结缔组织和上皮组织的浸润隔离开来，否则这些组织会填充缺损空间。在种植学领域，超过40%的种植体使用牙科屏障膜来帮助固定牙种植体，以改善骨增量 。

    阻隔膜的理想特性是：具有可控的降解速率；具有生物相容性；防止周围组织塌陷到缺损空间；并提供细胞封闭性。

    当前的商业阻隔膜由不可吸收且需要二次手术提取的材料制成，或者由结构完整性差或降解为酸性副产物的可吸收材料制成 。丝可以被认为是一种可能的替代材料，因为它作为医疗材料已经有很长的使用历史。最近，由于再生丝素蛋白（RSF）结构的发展，如海绵、薄膜、水凝胶和垫子，用于组织工程应用的丝的研究有所增加。

    目前生产RSF薄膜的方法包括流延、旋转干燥或静电纺丝。然而，这些方法对最终结构的控制有限，需要额外的程序步骤来处理薄膜并改善其机械性能。反应性喷墨打印提供了对薄膜设计和结构的完全控制，以及将薄膜制造与甲醇处理相结合以诱导β-折叠结晶的可能性。此前，谢菲尔德大学临床牙科学院曾报道过RSF的反应性喷墨打印，展示了使用喷墨打印机（MicroFab Jetlab®4）时薄膜设计和生产的灵活性。本文是该学院“用作牙科屏障膜的再生丝素蛋白薄膜的反应性喷墨打印”的研究，将具体介绍利用喷墨打印技术的RSF解决方案，更具体地说，使用MicroFab的压电Inkjet技术再制造牙科屏障膜方面的应用。

    具体喷墨打印应用案例

    jetlab4 (sss2).jpg

    此项目中使用MicroFab公司提供的Jetlab®4标准型纳米材料沉积喷墨打印系统，完成再生丝素蛋白 (RSF) 的生产实验。使用喷嘴孔径为80µm的压电喷头打印RSF和nHA/RSF墨水，使用喷嘴孔径为60µm的压电喷头打印甲醇。针对每种墨水优化喷射参数以获得稳定的液滴形成。打印在室温下进行，保持接近20°C。样品是“即时”打印的，这意味着基材在打印头下方不断运动。RSF批次之间和溶液老化时，打印参数略有不同。在4°C下储存两周后，RSF墨水变得不可靠，可能会堵塞喷嘴。因此，没有使用超过两周的墨水。

    RSF薄膜是通过将浓度为100mg·mL-1的RSF墨水（液滴步长介于0.14和0.16mm之间）和甲醇（步长介于0.06和0.17mm之间）打印到直径为13mm的玻璃盖玻片。为了生产具有不同结晶度的薄膜，RSF薄膜用不同体积的甲醇打印。甲醇体积由打印的液滴密度控制，从而改变甲醇液滴之间的距离以改变每单位面积打印的墨水体积。使用喷射液滴的照片和球体体积方程计算液滴体积。如图1所示，每个打印的RSF层之后都是随后的打印的甲醇层。通过将RSF墨水和甲醇的交替层打印到20个RSF层的高度来生产薄膜。

    ▲ 图1 示意图显示了打印层以生产再生丝素蛋白 (RSF) 薄膜；(a) 打印一层 RSF，(b) 随后是一层甲醇，将 RSF 结构从丝 I 转换为丝 II，(c) 重复该过程，在前一层的顶部印上一层 RSF 层。

    油墨特性

    RSF油墨在室温下的表面张力值（图2a）在47和55mN·m-1之间。表面张力似乎根据浓度而变化。50mg·mL-1及以下的低浓度RSF油墨具有 高的表面张力，平均为53.5mN·m-1。70mg·mL-1和更高浓度的RSF具有48.1mN·m-1的平均表面张力。

    ▲ 图2 (a) RSF 油墨的表面张力测量，(b) RSF 油墨的表观粘度，(c) nHA/RSF 油墨的表面张力测量，和 (d) nHA/RSF 油墨的表观粘度。

    工成不同的三维（3D）结构的能力，它才能用于更广泛的缝合线。医疗应用。其优异的生物相容性、机械性能、可控的降解速率和无毒的降解副产物使其成为用作牙科屏障膜的有吸引力的材料。目前的阻隔膜材料不具备RSF的所有优势特性，这使得RSF成为未来设计的一个有吸引力的选择。

    通过实验已经证明可以使用喷墨打印机（MicroFab Jetlab®4）成功打印RSF和nHA/RSF解决方案。与此同时发现，反应性喷墨打印可用于控制RSF的结构特征，并逐渐诱导结晶度。这对于证明反应性喷墨打印可以比其他当前的RSF处理方法更好地控制阻隔膜特性非常重要。首次展示了如何使用RSF的反应性喷墨打印来通过薄膜结晶度控制降解速率。这一重大发现证明了反应性喷墨打印在生产RSF组织工程结构方面的潜力。控制RSF降解速率可能有利于开发理想的屏障膜，因为RSF降解率可以与愈合率和部位再生率相匹配。在打印的薄膜中加入生物活性成分（例如nHA）的能力为喷墨打印薄膜提供了进一步的潜力，以帮助部位恢复和愈合过程。这些特性使其成为生产未来组织工程结构（例如屏障膜）的理想选择。需要进一步研究活性喷墨打印的阻隔膜及其与软组织和硬组织细胞的相互作用，以进一步证明它们对组织工程支架的适用性。这些特性使其成为生产未来组织工程结构（例如屏障膜）的理想选择。需要进一步研究活性喷墨打印的阻隔膜及其与软组织和硬组织细胞的相互作用，以进一步证明它们对组织工程支架的适用性。这些特性使其成为生产未来组织工程结构（例如屏障膜）的理想选择。需要进一步研究活性喷墨打印的阻隔膜及其与软组织和硬组织细胞的相互作用，以进一步证明它们对组织工程支架的适用性。

    参考文献：

    [1] Patrick R ,  Ian. B ,  Patrick S , et al. Reactive Inkjet Printing of Regenerated Silk Fibroin Films for Use as Dental Barrier Membranes[J]. Micromachines, 2018, 9(2):46.

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