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振荡流动对组织工程用灌注式生物反应器中剪切力分布影响

发布时间:2019-03-03 16:14
【摘要】:目的考察振荡流动以及三维支架孔径和孔隙率对生物反应器内流速和剪切力分布的影响,并根据理论计算结果为脱细胞骨三维支架和灌注式生物反应器制备提出优化方法。方法针对实验室前期制备的骨组织工程用脱细胞骨三维支架和灌注式生物反应器,将脱细胞骨三维支架简化为各向同性的多孔介质,对生物反应器内的流速和剪切力分布进行理论建模。结果振荡流作用时,多孔支架材料内速度和达西剪切力呈现一致的变化规律,不同半径处流速和达西剪切力差异减小,有利于在骨组织工程中对种子细胞进行均匀三维培养。提高入口灌流速度可提高平均达西剪切力;增加多孔支架孔径或孔隙率对支架内流速峰值影响不大,但会显著降低平均达西剪切力;提高入口振荡流动振荡频率可降低支架内流速最大峰值,显著减小不同半径处流速的差异。结论适宜的振荡流易产生利于骨组织工程干细胞所需剪切力,研究结果有望为优化骨组织工程中种子细胞的三维培养方法提供理论指导。
[Abstract]:Aim to investigate the effects of oscillatory flow, pore size and porosity of three-dimensional scaffolds on the distribution of velocity and shear force in bioreactor. Based on the theoretical results, an optimized method for preparation of three-dimensional scaffold and perfusion bioreactor for acellular bone was put forward. Methods the three-dimensional acellular bone scaffolds for bone tissue engineering were simplified into isotropic porous media by means of a three-dimensional scaffold and an perfusion bioreactor, which were prepared earlier in the laboratory. The flow velocity and shear force distribution in the bioreactor were modeled theoretically. Results the velocity and Darcy shear force in porous scaffolds were consistent with each other under oscillatory flow. The difference of velocity and Darcy shear force at different radii was decreased, which was beneficial to uniform three-dimensional culture of seed cells in bone tissue engineering. The mean Darcy shear force could be increased by increasing the velocity of perfusion at the inlet, but the mean Darcy shear force could be significantly decreased by increasing the pore diameter or porosity of the scaffolds, which had little effect on the peak velocity of flow in the scaffolds. Increasing the oscillation frequency of inlet oscillatory flow can reduce the maximum peak velocity and the difference of velocity at different radii. Conclusion the suitable oscillating flow is easy to produce shear force for bone tissue engineering stem cells, and the results may provide theoretical guidance for optimizing the three-dimensional culture method of seed cells in bone tissue engineering.
【作者单位】: 武汉纺织大学环境工程学院;重庆大学生物工程学院国家"111计划"基地;重庆大学生物流变科学与技术教育部重点实验室;
【基金】:中央高校基本科研业务费(CDJZR 12238801)
【分类号】:R318.1

【参考文献】

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【共引文献】

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1 张e,

本文编号:2433875


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