复合结构多孔钛合金支架设计及制作技术研究

发布时间：2017-09-12 15:09

  本文关键词：复合结构多孔钛合金支架设计及制作技术研究

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【摘要】：骨损伤是影响人类健康的一大元凶,目前的治疗方式主要是利用骨植入物固定断骨及促进骨组织的成长。钛合金以其优良的生物相容性和力学性能在人体植入骨替代物领域得到了越来越广泛的应用,传统的骨代替物以致密金属和泡沫金属为主,但有很多弊端,近些年由于金属快速成型技术的发展,对规则多孔钛支架的研究也越来越多。钛合金支架在人体内为细胞生长提供力学环境和生物环境,力学环境要求钛合金支架具有一定的抗压强度和弹性模量,生物环境要求支架具有较大的孔径和孔隙率,因而钛合金支架在满足一定孔隙率的条件下,强度越高越好。文章首先利用Unigraphics NX 7.5设计了五种不同的单元体结构,并将单元体按照一定的规则在三维空间中有序排列形成多孔支架,5种支架具有相同的支杆截面尺寸和相近的设计孔隙率,将五种多孔支架的模型用电子束快速成型工艺制备,实物模型做光学显微镜下的表征,结果表明模型的实际杆截面尺寸和实际孔径与设计值之间存在一定误差,但在可控范围内,测量5种多孔支架的孔隙率和抗压强度,结果表明孔隙率相近,单元体结构不同的支架其强度会有较大差异。为了探讨支架设计参数对强度的影响,针对倒V结构,设计了一系列多孔支架,利用Ansys有限元分析来比较多孔支架的强度,结果表明,支杆夹角对强度的影响最大,杆截面尺寸和杆长的影响因子相似,考虑到制造误差和孔径因素,杆截面尺寸的影响权重要高于杆长。介绍了生物医用高分子材料的应用,选择壳聚糖、丝素蛋白、纳米羟基磷灰石与β-TCP和多孔钛进行复合,然后做SEM下的表征,结果表明,β-TCP三层结构复合材料分层明显,不同层次之间结合牢固,孔隙形貌相差很大,多孔钛的孔隙中充满了多孔的生物材料,利于细胞生长。做了钛合金支架上的成骨细胞培养实验,结果表明,钛合金支架具有促进成骨细胞生长的作用。
【关键词】：多孔钛支架 结构设计 复合材料 生物材料
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究背景11-14
• 1.2 研究目的和方法14-16
• 第二章 多孔钛支架的设计16-27
• 2.1 多孔钛支架的设计过程16-20
• 2.2 设计参数20
• 2.3 设计应用案例20-23
• 2.4 五种单元体不同的多孔支架的设计23-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 多孔钛支架的制造27-32
• 3.1 制造参数和过程27-29
• 3.2 实物模型的观测29-31
• 3.2.1 显微镜下形貌观测和孔隙率测定29
• 3.2.2 力学性能测试29-31
• 3.3 本章小结31-32
• 第四章 多孔钛支架的优化设计32-46
• 4.1 单元体对支架强度的影响32-33
• 4.2 设计参数对支架强度的影响33-44
• 4.2.1 杆截面尺寸和支杆长度因子的对比33-38
• 4.2.2 杆截面尺寸和支杆夹角因子的对比38-41
• 4.2.3 杆长和杆夹角因子的对比41-44
• 4.2.4 小结44
• 4.3 优化参数44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 复合材料的制备与观测46-67
• 5.1 生物医用高分子材料的应用46-48
• 5.1.1 生物医用高分子材料的分类46-47
• 5.1.2 生物医用高分子材料的特性47-48
• 5.2 壳聚糖/纳米羟基磷灰石复合材料的制备和表征48-53
• 5.3 β-TCP为基体的三层复合材料的制备和表征53-58
• 5.3.1 β-TCP/壳聚糖/纳米羟基磷灰石三层复合材料的制备和表征53-56
• 5.3.2 β-TCP/丝素蛋白三层复合材料的制备与表征56-58
• 5.4 多孔钛支架复合材料的制备和表征58-61
• 5.4.1 多孔钛支架/壳聚糖/羟基磷灰石复合材料的制备和表征58-60
• 5.4.2 多孔钛支架/丝素蛋白/羟基磷灰石复合材料的制备和表征60-61
• 5.5 多孔钛合金支架的细胞培养实验61-66
• 5.5.1 实验过程和方法61-63
• 5.5.2 实验结果63-66
• 5.6 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 主要工作与创新点67-68
• 6.2 后续研究工作68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：837925