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文檔簡介
1、磷酸鈣生物陶瓷材料因具有良好的生物相容性而廣泛應(yīng)用于人工骨替代材料。研究表明,在磷酸鈣陶瓷骨誘導(dǎo)性潛能中發(fā)揮作用的材料特性包括化學(xué)成分,宏觀結(jié)構(gòu)特征和微觀結(jié)構(gòu)特征。特別是針對磷酸鈣植入材料的宏觀結(jié)構(gòu)與骨誘導(dǎo)性之間的相關(guān)性方面,盡管有大量的實(shí)驗(yàn)研究數(shù)據(jù),但實(shí)驗(yàn)研究方法耗時(shí)長,成本高,誤差大,而且缺乏對其機(jī)制系統(tǒng)性的理解,這限制了生物陶瓷在臨床骨缺損治療中的廣泛應(yīng)用。此外,大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果和體外培養(yǎng)組織工程構(gòu)建體的研究都顯示了微流體動(dòng)力環(huán)
2、境對支架內(nèi)細(xì)胞生物功能活性具有重要影響,種種跡象表明孔隙結(jié)構(gòu)很可能作為力學(xué)信號轉(zhuǎn)化載體在材料骨誘導(dǎo)發(fā)生機(jī)制中發(fā)揮作用。故本論文基于生物力學(xué)理論,從宏觀孔隙結(jié)構(gòu)、體內(nèi)動(dòng)態(tài)環(huán)境和細(xì)胞力學(xué)刺激的相關(guān)性入手,利用對多孔支架仿真建模和有限元分析的方法,研究多孔支架的宏觀結(jié)構(gòu)特征與骨誘導(dǎo)性之間的相關(guān)性。并對多孔支架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。主要內(nèi)容如下:
(1)用Micro-CT的方法對制備的多孔支架進(jìn)行孔隙參數(shù)分析和結(jié)構(gòu)特征和趨勢的提
3、取。結(jié)果表明,多孔支架孔隙結(jié)構(gòu)趨于六方密堆結(jié)構(gòu),基于此結(jié)構(gòu),利用SolidWorks軟件構(gòu)建了多孔支架的簡化計(jì)算模型以用于后續(xù)有限元分析。根據(jù)所構(gòu)建出的等效簡化模型,研究了多孔支架的貫通孔/宏孔的比例極限問題。得到結(jié)論為貫通孔/宏孔的尺寸比例范圍在0~0.5之間,比例下限為0,上限為0.5,當(dāng)超出此上限時(shí),支架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破損缺陷。
(2)用ANSYS軟件構(gòu)建了多孔支架的力學(xué)模型,模擬得到了多孔支架的壓力位移曲線,得到理想的多孔支
4、架的力學(xué)特性曲線是呈線性分布。并用實(shí)驗(yàn)測量得到的壓力位移曲線數(shù)據(jù),通過兩者的對比分析,研究多孔支架的力學(xué)特性,從理論力學(xué)方面入手驗(yàn)證了構(gòu)建的等效模型可作為實(shí)際支架的替代計(jì)算模型。
(3)用Flow simulation軟件對不同宏觀結(jié)構(gòu)特征的多孔支架模型內(nèi)的微流體動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行仿真模擬,得到了不同宏觀結(jié)構(gòu)特征的流場分布圖和內(nèi)部的剪切應(yīng)力數(shù)據(jù),通過對數(shù)據(jù)的對比分析和理論研究并結(jié)合課題組前期的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得到結(jié)論為宏孔和貫通孔的尺
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