关键词： SVF囊泡   表征   细胞摄取   生物相容性   DAT支架   脂肪再生   微环境   生物材料   生物活性   SVF囊泡   DAT支架   血管化   脂肪再生   组织工程  

摘要： 脂肪组织移植是一种常见的整形外科手术,被广泛应用于重建乳房、面部和手部等部位的软组织缺损。然而,由于移植后的脂肪组织血管化程度低,导致移植物在术后常常会吸收、坍塌,影响了整形外科手术的效果。因此,提高脂肪组织移植后的血管化程度,促进脂肪再生,是整形外科重要的研究方向。基质血管组分(stromal vascular fraction,SVF)是从脂肪组织中分离出来的一种细胞群,包括成纤维细胞、内皮细胞、前脂肪细胞和脂肪成体干细胞等。以往的研究表明,SVF可以促进脂肪组织血管化和脂肪再生,但由于体外保存时间短、油滴残存等原因,难以在临床应用中取得稳定的疗效。近年来,囊泡作为一种重要的细胞信号传递载体,引起了广泛的关注。工程化SVF囊泡是通过工程化的手段将SVF的细胞膜成分通过物理挤压等方式加工成类似囊泡的微小颗粒,颗粒中可能包涵蛋白质、核酸等活性物质,可以通过调控囊泡内的生物活性物质,实现精准的治疗效果。因此,将工程化SVF囊泡应用于脂肪组织移植,有望成为一种新的治疗策略,以促进脂肪组织血管化和脂肪再生,提高脂肪移植效果。脱细胞脂肪组织(DAT)作为一种可降解的支架材料,能够为脂肪细胞提供生长支撑和支持,于是我们选择利用DAT负载工程化SVF囊泡,研究其促进血管化及脂肪再生的效果。本论文主要分为3个部分,具体内容如下: 第一部分:工程化SVF囊泡的制备与表征鉴定 目的:通过物理挤压方式获得各类细胞的工程化囊泡在众多文献中已有详尽的报道,然而,关于SVF工程化囊泡的相关研究相对较为稀缺。本部分内容的研究目的是制备和表征工程化SVF囊泡,以探究它们在组织工程和再生医学等领域的应用潜力。 方法:首先,本研究从SVF细胞中分离出SVF囊泡,并使用动态光散射仪(DLS)测量其大小和Zeta电位。然后,我们用透射电镜(TEM)观察了SVF囊泡的形态和结构,并使用Western blot检测囊泡中的标志蛋白。最后,我们进行了细胞摄取实验以确定囊泡的细胞摄取效率。 结果:SVF囊泡的平均直径为100 nm,Zeta电位为-15 mV。TEM显示SVF囊泡呈现典型的脂质体结构。Western blot结果显示囊泡中含有典型的外泌体标志蛋白CD81和TSG101。细胞摄取实验结果表明SVF囊泡具有良好的细胞摄取效率。 结论:本研究成功制备了工程化SVF囊泡,并证明其具有良好的生物相容性和细胞摄取能力。因此,工程化SVF囊泡有望成为一种潜在的载体,可用于组织工程和再生医学等领域的研究和应用。 第二部分:DAT支架的构建与脂肪再生微环境的研究 目的:脱细胞脂肪组织(Decellularized Adipose Tissue,DAT)支架作为一种新型的生物材料,在组织工程、再生医学等领域具有广阔的应用前景。本部分内容旨在探讨DAT支架的构建及其在脂肪再生微环境中的应用。 方法:首先,通过去细胞化处理技术制备DAT支架。将新鲜脂肪组织进行机械处理和化学处理,利用去细胞溶液逐步去除细胞成分,得到无细胞基质。随后,采用组织学染色(DAPI染色、Masson染色、油红O染色),对DAT支架进行观察。接下来,在制备好的DAT支架上种植脂肪干细胞(ADSCs),通过体外培养实验评估细胞在支架上的增殖和分化情况,并进行FDA/PI染色评估其生物相容性和生物活性。 结果:DAPI染色结果表明DAT支架中不含细胞核;Masson染色以及油红O染色表明DAT支架中不含脂肪油滴,但保留了胞质和胶原纤维。FDA/PI染色激光共聚焦图像显示,ADSCs在DAT支架上培养时表现出良好的细胞活力和较低的凋亡水平。 结论:在本研究中我们成功构建了 DAT支架,并研究了其在脂肪再生微环境中的应用。这种DAT支架具有良好的生物相容性和生物活性,能够显著促进脂肪干细胞的增殖和分化,从而实现更好的脂肪再生效果。这项研究为开发更有效的脂肪再生材料和技术提供了新思路和方法。 第三部分:DAT支架负载工程化SVF囊泡促进血管化及脂肪再生的研究 目的:生物材料支架负载细胞活性成分是组织工程研究领域常用手段,本部分研究旨在探究工程化SVF囊泡对DAT支架内血管化和脂肪再生的促进作用,以期为软组织修复和脂肪移植等领域提供新的治疗方法和思路。 方法:制备SVF囊泡/DAT复合支架:我们将制备好的工程化SVF囊泡负载到DAT支架内,制成SVF囊泡/DAT复合支架。动物实验:将SVF囊泡/DAT复合支架植入裸鼠皮下,以观察其对血管化和脂肪再生的影响。组织学检测:收集植入部位的组织样本,用光镜和免疫组化检测其血管化和脂肪再生情况。 结果:DAT支架皮下植入后4周和8周的形态显示,4周时细胞聚集并包裹支架,8周时支架降解明显。H&E染色结果显示,DAT支架植入4周后,细胞向内迁移,8周时细

关键词： 电弧增材制造   Mg-Zn-Y合金   显微组织   热循环   力学性能  

摘要： 电弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM)与其他金属增材制造技术相比具有沉积效率高、材料利用率高、设备成本低等多种优势,其与“21世纪绿色工程材料”一镁合金的结合已成为本领域的研究热点,但是仍存在诸多“卡脖子”问题限制了WAAM镁合金的应用。本文采用自制的Φ1.6mm的ZW61(Mg-6Zn-1Y-0.5Ce-0.5Zr,wt.%)镁合金丝材作为原材料,通过WAAM工艺制备单道壁,对垂直方向上组织和性能的不均匀性进行了表征,并探讨其演化机理。研究了WAAM不同热循环对同层材料的影响规律,结合不同热处理工艺对力学性能的各向异性进行了优化处理。主要结论如下: (1)较高的冷却速率和Zr元素的细化作用使得WAAM-ZW61镁合金具有细小的等轴晶组织,平均晶粒尺寸12.4μm,组织由α-Mg、Mg7Zn3相和纳米尺度的I-Mg3Zn6Y相组成。I相的尺寸较小,是沉积过程中较高的冷却速率以及Mg7Zn3相与其竞争生长所导致的。单道壁垂直高度上的散热条件不同,造成了 WAAM-ZW61镁合金组织不均匀,晶粒尺寸和第二相含量随单道壁垂直高度的升高而增大、增多。另外,由于激冷作用,在小范围内,同一熔池上下两部分的晶粒存在明显差异,表现为上部的晶粒比下部更粗大,层状结构更明显。 (2)在同一高度上孔隙缺陷呈随机分布,但由于沉积时底部区域更靠近基板,冷却速度更快,对熔池中气体的逸出以及剩余液体补缩造成了阻碍,因此底部的孔隙缺陷比顶部更多,尺寸更大。 (3)固溶强化和细晶强化是导致WAAM-ZW61镁合金的强度在垂直方向出现差异的主要原因,在拉伸过程中WAAM-ZW61镁合金表现出较高的伸长率,说明材料有一定的延展性,这归因于稀土元素的添加使材料的非基面滑移可以开动。另外,断口分析表明,晶界处的Mg7Zn3相是导致试样在室温拉伸时过早失效的主要原因。 (4)在后续沉积热循环的影响下,4th中出现明显的热积累,导致了4th中的原生细小晶粒逐渐被周围大晶粒吞并,平均晶粒尺寸不断增大,从10.7μm(未受热循环)增大到20.4μm(3次热循环)。同时,沿晶界分布的Mg7Zn3相形成更规则的网状结构,团絮状的Mg7Zn3相逐渐分散直至消失,I相长大并形成其典型的层状结构特征,生成了新相MgZn。I相长大和MgZn相的生成可能与热积累导致Mg7Zn3相在330℃左右发生转变(Mg7Zn3(?)α-Mg+MgZn+I)有关。 (5)4th的显微硬度和强度在热循环的影响下均有一定程度的提高,但伸长率降低。固溶强化是导致WAAM-ZW61镁合金强度提高的原因,而伸长率的降低主要是由于I相长大团聚造成的。 (6)对WAAM-ZW61镁合金进行了固溶、时效和固溶+时效三种热处理,结果表明,热处理后材料力学性能各向异性得到明显削弱,证明热处理是降低WAAM-ZW61镁合金各向异性的有效手段。其中对各向异性优化效果最佳的固溶热处理工艺是460℃×4h,其缺点在于牺牲了材料的强度,200℃×72h(时效)的优化效果略低于前者,但同时能够提高强度,460℃×4h+200℃×72h(固溶+时效)的优化效果最差,未达到在单独固溶/时效基础上进一步削弱各向异性的效果。

关键词： 镁合金   储氢材料   LPSO结构   原位催化相   成分优化   界面  

摘要： 固态储氢由于高储氢密度,高能效,高安全性等诸多优点,成为发展安全高效、经济实用氢气储运方式的重要选择。Mg因具有高理论储氢容量（7.6 wt.%）、可逆性好循环性能优异、矿产储量丰富、材料生产成本低等优点,成为最具实用价值的固态储氢材料之一。但放氢温度过高和吸放氢动力学迟缓限制了镁在储氢方面的大规模应用。成分优化作为最具性价比的优化方式,可以在热动力学方面提高镁基合金的储氢性能。 本文围绕研究高容量Mg-Y-Zn储氢合金的系列性能展开,旨在开发具有优异储氢性能的镁基储氢材料。以成分优化为主要方式辅以适当热加工手段,通过调控元素分布、相组成和相形貌,达到优化合金储氢性能的目的。针对富镁高容量储氢合金,以较小的成分调整为思路,受LPSO相特点启发,从Mg96Y2Zn2合金着手,在储氢材料中引入原位自生纳米YHx催化相。分析了铸态、热处理以及正挤压态Mg96Y2Zn2合金微观组织与储氢性能之间的相关性。针对该体系合金储氢性能调控的关键要素,提出减小元素偏聚、调控基体结构形貌、丰富相界面密度三条性能优化思路。 通过调控Y/Zn比,获得只含有LPSO相和初生α-Mg晶粒的Mg95Y3Zn2合金。随着Y/Zn比升高,LPSO相形成温度范围变宽,初生α-Mg晶粒的生长过程缩短,从而细化α-Mg晶粒的同时,降低了Zn和Y元素的偏聚。因此Mg95Y3Zn2合金在氢循环过程中由LPSO相氢致分解原位形成的YH2/YH3纳米颗粒也更加的均匀弥散。细化后的初生α-Mg晶粒缩短了氢原子的扩散距离,进而提高储氢动力学。Mg95Y3Zn2合金氢化物中高比例的YH3纳米相在放氢过程中产生的晶格转变施加应力于Mg H2并起到“氢泵”作用促进Mg H2的分解。 为调控镁基体的微观组织结构,采用高固溶度的In和Sc元素对Mg95Y3Zn2合金的Zn和Y元素进行逐步替代,制备出Mg95Y3Zn2-xInx（x=0,1,2）和Mg95Y3-xScxZn2（x=0,1,2,3）两个系列的合金。In元素降低了α-Mg晶粒的形核温度,使其生长温度区间变窄,从而改变了α-Mg晶粒的形态。尤其当1 at.%的In取代Zn时,α-Mg晶粒与LPSO相的形核温度差异减小,两相互相限制生长,产生凹凸不平的相界面。α-Mg晶界密度的提高和晶粒尺寸的降低,导致氢化过程中Mg H2的“阻塞效应”削弱,便于获得更高的实际储氢量,更丰富的相界面同样有利于Mg/Mg H2形核和界面迁移。并且In元素替代增大了Mg H2晶胞,有利于削弱Mg-H键。Sc元素主要溶解在α-Mg基体中,Sc的引入提高了Mg的形核温度使其生长温度区间变宽,初生α-Mg晶粒变粗大,LPSO结构的生长被抑制。Y和Zn元素主要聚集在晶界区域。值得注意的是,在Mg95Y2Sc1Zn2合金中,沿α-Mg晶粒连续分布的Mg3Y2Zn3相被大量的层错包围。Y元素在晶界的偏聚间接导致YHx纳米相的分布较聚集且分布深度变浅,降低了H2的吸附和解离效率,因此初期吸氢速率下降。然而,大量的层错为氢原子提供了扩散通道,使氢原子可以持续向基体内部扩散。Sc含量升高导致的初生α-Mg晶粒粗化,以及晶粒外部YHx催化相位点减少,导致Mg H2“阻塞效应”更加明显,降低了材料的实际储氢量。 Sc有利于吸氢过程中H原子的持续扩散,但是由于Sc的加入粗化了初生α-Mg晶粒,不利于材料达到理论储氢量。In元素有利于削弱Mg-H键的同时还可以细化α-Mg晶粒,因此考虑Sc和In的复合优化。随后运用热处理工艺使元素得到充分扩散,基体内生成小尺度纳米析出相,有效割裂基体,小层片的基体界面密度提高有益于H原子快速扩散的同时,H原子的扩散距离缩短,使得热处理态试样储氢量达到6.39 wt.%。In/Sc元素的复合调控对材料储氢性能的提高,优于两种元素单独作用,放氢表观激活能降低至136.77 k J·mol-1 H2。并且合金在热处理后,放氢动力学性能进一步提高,放氢表观激活能降低至128.46k J·mol-1 H2。因氢化态合金放氢过程受Mg/Mg H2的二维相界面迁移控制,热处理态Mg95Y2Sc1Zn1In1合金试样具有更丰富的相界,因此在放氢过程中,发生固态相变即Mg形核的位点更多,Mg/Mg H2的二维相界面推移也更加容易,因此表现为更加优异的放氢动力学性能。