角膜位于眼球前端的最外层,通过折射作用能够将入射光聚集到视网膜上,同时也能保护眼球免受外界病菌侵害。角膜本身是透明的,如果出现疾病很可能引发视力障碍。由于角膜内无血管,通过移植手术可以很大概率地帮助患者恢复视力且不会引起免疫反应。目前,可供移植的角膜数量远不能满足患者需求,利用生物材料构建组织工程化角膜是十分有效的解决方法。角膜基质由平行的胶原纤维板层构成,可在基质层上培养特定细胞完成其他层的构建。胶原是角膜基质层的重要组成成分,其组装成的胶原纤维具有良好的生物相容性和力学强度,是制备角膜供体的首选材料之一。挤出式生物3D打印设备可以打印高粘度胶原,并根据患者的实际需求定制角膜形状。本文旨在利用挤出式3D打印设备打印透光性能较好的胶原基质,探索材料参数、打印工艺参数对透光度的影响规律和胶原基质的生物相容性。首先,从牛跟腱中提取制备I型胶原材料,通过粘度幂律模型实现胶原剪切变稀行为的定量化描述。对影响胶原基质透光性的相关物理现象进行理论研究,主要包括:从光与物质的吸收作用出发解释胶原浓度对透光性的影响;从反射和折射作用出发得到能够使胶原基质透明的结构要求;从散射作用出发解释入射光波长对胶原基质的透光度产生影响的原因。其次,利用COMSOL软件进行仿真建模。研究胶原浓度、喷嘴直径和打印速度对高粘度胶原的挤出可打印性和打印时喷头内剪切力流场分布的影响规律。通过对打印结构的瞬态仿真,研究在相邻胶原细丝之间无重叠搭接的情况下,胶原基质受重力作用随时间发生的形变情况,以及最终稳定后胶原基质内部的实际填充率。最后,进行胶原基质的透光性检测及生物相容性评价实验。通过透光性检测实验探索材料参数、喷嘴直径和打印速度等工艺参数以及入射光波长对胶原基质透光性的影响规律,并将得到的材料、工艺参数应用于角膜基质的打印。通过胶原基质的细胞培养实验,研究细胞的挤出可打印性及胶原基质的生物相容性。