人工骨支架内部结构仿生设计及其流固场数值分析

发布时间：2020-07-08 13:38

【摘要】：人工骨仿生支架是人体骨骼缺损后的功能和形态的替代物,根据结构仿生学的要求,人工骨支架内部微结构应该有与自然骨相似的非均匀分布的梯度孔隙结构,以满足机械性能和生物活性的需求。本文主要对人工骨支架内部结构进行仿生设计,并对其力学性能和流场分布进行研究分析。分析了骨的内部结构,包括松质骨结构和密质骨结构,探讨了国内外学者对两种结构的设计和建模方法,并在此基础上得到人工骨内部结构简化模型,该模型包括松质骨和密质骨两种结构特性。利用有限元分析软件Abaqus分析了人工骨支架内部结构力学性能。与只含密质骨结构的模型结构进行对比分析,对比了两种支架结构和三种常见材料属性在单腿站立和缓慢行走工况条件下应力、位移、应变等参量,认为在承重骨材料选择时应优先考虑羟基磷灰石材料和生物活性玻璃材料,缓慢行走工况下的受力有利于骨量的增长和缺陷修复。选择了适合人工骨支架内部流场分析的计算方法,即格子Boltzmann方法。介绍了该方法的原理和基于该方法开发的Xflow软件。为人工骨支架内部流场分析提供理论支撑。利用Xflow软件对人工骨支架内的流场进行模拟分析,得出人工骨支架内部的流速分布、压力场分布和壁面剪切力值,并和前人结果进行比较,证明Xflow软件的可靠性。分析了两种模型结构的优劣,为体外培养实验打下一定的理论基础。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318
【图文】：

图 1-1 灌注式生物反应器示意图图 1-2 骨再生过程示意图[7]支架材料的生物支架材料包括天然高分子材料、人工合成高分子材料等材料[8]。天然聚合物材料具有生物相容性和生物活性等优点生长。然而，由于其机械强度低，加工制造能力有限，自然所以在负重骨中较少采用。人工合成高分子材料和无机材料损伤骨头支架 成骨细胞可生物降解聚合物新骨降解再生骨

第 1 章 绪 论SCs）和脂肪源干细胞（ADSCs）。骨组织工程的研究内容包括：生物选取、生物支架的设计制备、细胞因子以及体外培养。以下对骨组织工的研究现状进行总结。图 1-1 灌注式生物反应器示意图流体泵出口管开关入口管烧瓶营养液 支架支架 成骨细胞新骨再生骨

图 1-4 β-磷酸三钙载体显微结构观察图米材料材料的优点是：生物降解性好、组织相容性好、材料溶解性好。常括纳米羟基磷灰石（Nano-HA，nHA）复合材料，如 nHA/胶原复合蛋白复合材料、nHA/明胶复合材料、nHA/聚乳酸复合材料、nHA/BM蛋白）复合材料、nHA/VEGF（血管内皮生长因子）复合材料。物支架的设计的研究中，在生物支架的设计中多是将密质骨和松质骨分开研究，者的区别，选用统一的结构形状构成骨支架。交通大学徐尚龙等采用 MATLAB、Mimics 和 PROE 软件获得了骨组行了三维重建和辅助设计，获得了骨微管重建的三维结构。并与根量守恒和流量守恒原理设计的骨微管系统进行比较。结果表明，重

【参考文献】

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本文编号：2746609