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研究生: 林雙蘊
Lin, Shuang-yun
論文名稱: 膠原蛋白支架孔隙結構探討
Porous Structure Evaluation of Collagen Scaffold
指導教授: 張志涵
Chang, Chih-han
黃玲惠
Huang, Lynn L.H.
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 醫學工程研究所
Institute of Biomedical Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 56
中文關鍵詞: 膠原蛋白支架孔隙度高解析度電腦斷層掃描
外文關鍵詞: collagen scaffold, Micro CT, porosity
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  • 摘要
      膠原蛋白是一種具有良好生物相容性之可降解材料,廣泛應用於組織工程領域上,尤其是在傷口敷料及人工皮膚方面。以膠原蛋白作為支架建構人工皮膚,是皮膚組織工程研究的重要方向。在製備多孔性膠原蛋白支架的過程中,膠原蛋白支架的孔徑、孔隙率、支架厚度等因素都會受製程的影響。本研究目的有二:其一為藉由高解析度電腦斷層掃描(micro computed tomography:Micro CT)建立一簡單且可靠的方法來評估膠原蛋白支架的孔洞結構,進而評估製程;其二,由於Micro CT目前在軟組織應用方面不多,所以本研究希望找出適合掃瞄膠原蛋白等軟組織之Micro CT的參數,以拓展micro CT將來的應用。因此本研究藉由Micro CT切片之優點,如不需處理試片、取得影像速度較快、不會損傷試片、可得連續切片等,配合自行撰寫的MatLab程式計算得其孔隙度及連接性,並佐以Micro CT原廠Skyscan所提供之應用軟體建立3D model,得到3D孔徑分佈等資訊。本實驗共探討四種製程之孔隙度及孔徑分佈,各製程的孔隙度值與孔徑分佈有明顯不同,將來可由此推測製程之變異;且由程式發現本研究所評估的膠原蛋白支架之連通性非常高。結果顯示Micro CT切片較傳統切片,可將膠原蛋白支架的孔洞結構做更加完整的量化評估,使未來相關材料的製程品管多一快速方便之方法。

    Abstract
      Collagen is a biomaterial with great biocompatibility and biodegradable which is widely used in the field of tissue engineering as the scaffold, especially for wound dressing and artificial skin. The pore size, porosity, thickness and other structure factors of scaffold would be influenced by the fabrication process. There are two objectives of the study:1. To evaluate the structure of collagen scaffold with micro computed tomography (Micro CT) approach. 2. In order to extend the application of Micro CT, establishing scanning the parameters for soft tissue with Micro CT evaluation. Micro CT sectioning have at least the follow advantages:less human effort, less time consuming, without damaging the specimen, and continuous data. The study used self-developed MatLab programs to evaluate the porosity and connectivity of the scaffold structure, along with the software provided by the Micro CT to get the 3D pore size distribution. Among the four kinds of fabrication process, each scaffold had different porosity and pore size distribution, which indicated the importance of collagen scaffold evaluation in justification the fabrication process. The results showed that 3D reconstructed from Micro CT images could be useful in the quantitative evaluation of scaffold which could further be used at the process justification.

    目錄 摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VII 圖目錄 VIII 第一章 導論 1 1-1 前言 1 1-2 相關文獻回顧 4 1-2-1 組織支架之多孔性結構 4 1-2-2 膠原蛋白 6 1-2-2-1 膠原蛋白的性質與結構 6 1-2-2-2 膠原蛋白的應用 7 1-2-3 高解析度電腦斷層掃描儀 8 1-2-3-1 電腦斷層掃描儀原理 8 1-2-3-2 高解析度電腦斷層掃描儀原理及應用 10 1-3 研究動機及目的 12 第二章 材料與方法 13 2-1 製備膠原蛋白支架 14 2-2  利用高解析度電腦斷層掃描儀掃瞄 15 2-3 膠原蛋白支架之傳統切片觀察 18 2-3-1 切片染色觀察 18 2-4 膠原蛋白支架之結構分析 21 2-4-1 二維分析 21 2-4-2 三維分析 24 第三章 結果 27 3-1 傳統切片的孔隙度評估 27 3-1-1 以SEM觀察 27 3-1-2 切片染色觀察 29 3-2 Micro CT切片的孔隙度評估–2D 31 3-3 Micro CT切片的評估–3D 36 3-3-1 3D孔隙度之評估 36 3-3-2 3D連通性之評估 40 第四章討論 41 4-1 Micro CT取像參數調整 41 4-2 傳統切片與Micro CT切片的比較 43 4-2-1 膠原蛋白支架試片橫切孔隙度 43 4-2-2 傳統切片缺點探討 45 4-3 Micro CT切片的孔隙度評估 47 4-3-1 傳統切片與Micro CT切片之2D與3D評估差異 47 4-3-2 四種製程之Micro CT切片孔洞結構評估 48 4-3-3 3D連通性 51 4-4 實驗限制 52 第五章 結論與未來展望 53 參考文獻 54 附錄 56 表目錄 表2.1 Micro CT調整前後之取像參數 16 表3.1 傳統切片法取12張切片的孔隙度 30 表3.2 三組切片 S1、S2、S3之各劃分部位孔隙度 32 表3.3 四種製程的孔隙度(%)之Mean SD值 33 表4.1 設定好之Micro CT之取像參數 41 表4.2 三張切片(S1、S2、S3)分成八部分之孔隙度 45 表4.3 傳統切片與2D、3D之孔隙度 47 表4.4 四種製程的3D平均孔徑分佈 50 圖目錄 圖1.1 組織工程概念簡圖[2] 1 圖1.2 皮膚的組織解剖圖[3] 3 圖1.3 各種多孔性組織支架外觀[2] 4 圖1.4 孔洞形式簡圖 5 圖1.5 a、b、c、d分別為第一、二、三、四代CT之運行模式[12] 9 圖1.6 Micro CT(SkyScan 1076)主體及工作站 10 圖1.7 Micro CT主體透視圖 11 圖1.8 Micro CT之運行模式簡圖 11 圖2.1 研究流程圖 13 圖2.2 製備膠原蛋白支架實驗流程圖 14 圖2.3 利用Micro CT掃瞄取像流程圖 15 圖2.4 Micro CT調整取像參數前後之膠原蛋白支架影像(A)調整參數前;(B)調整參數後;(C)調整參數後且試片懸空於保麗龍上 17 圖2.5 傳統切片實驗步驟流程圖 18 圖2.6 包埋切片染色之實驗流程圖 20 圖2.7 程式一解說圖 21 圖2.8 程式二解說圖 23 圖2.9 程式二之驗證phantom 23 圖2.10 RP所製作之假體 24 圖2.11 (A)為RP成型的假體切面圖;(B)為仿製A所繪的假影。 25 圖2.12 連通性程式解說圖 26 圖2.13 3D之imfill指令[15] 26 圖3.1 (A)、(B)圖為以SEM(放大15000倍)觀察未經純化處理之豬源真皮層表面結構 27 圖3.2 (A)、(B) 圖為膠原蛋白支架試片以SEM ( 放大300倍)觀察表面結構;(C)、(D) 圖為( 放大1000倍) 28 圖3.3 切片染色成功(放大100倍) 29 圖3.4 切片染色失敗(放大100倍) 29 圖3.5 傳統切片12張孔隙度之直方圖 30 圖3.6 膠原蛋白支架依橫切方位來做孔隙度評估(a)為較平整的面(b)為橫切時大部分的切片圖形 31 圖3.7 試片S1、S2、S3切片之各劃分部位孔隙度之直方圖 33 圖3.8 製程一之孔隙度 34 圖3.9 製程二之孔隙度 34 圖3.10 製程三之孔隙度 35 圖3.11 製程四之孔隙度 35 圖3.12 經由重建計算所堆疊的3D影像存成.stl檔,右圖B為左圖A之某一小部分放大 36 圖3.13 (A)為3D scaffold model;(B)為3D hole model 37 圖3.14 所選ROI之孔隙度直方圖 37 圖3.15 所選ROI之孔隙度分佈圖 38 圖3.16 上圖(A)為一般切片輸入程式二後之反白面積:下圖(B)為圖3.14孔隙度突然低下的切片 38 圖3.17 3D model 任意切面 39 圖3.18 連接性結果 40 圖4.1 未調整過參數之膠原蛋白支架圖 41 圖4.2 調整過參數之膠原蛋白支架圖 42 圖4.3 使用橫切的方位來做評估時大部分切片的圖形 43 圖4.4 以傳統切片切的方位算出的孔隙度 44 圖4.5 以傳統切片切的方位取孔洞分佈較為一致的20張孔隙度 44 圖4.6 三張切片(S1、S2、S3)分成八部分之孔隙度 46 圖4.7 四種製程孔隙度的差異 48 圖4.8 四種製程的3D平均孔徑分佈 49 圖4.9 連接性結果(圖3.18之另一切面) 51 附錄圖 使用Micro CT掃瞄膠原蛋白支架時的失敗歷程 56

    參考文獻

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    15. MatLab~Image processing toolbox user's guide

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2007-08-24公開
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