骨組織工程為治療骨缺損提供了一種新方法,支架結(jié)構(gòu)對(duì)成功構(gòu)建工程化骨組織具有重要作用,此領(lǐng)域涉及材料科學(xué)、制造科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科知識(shí),雖未進(jìn)入臨床應(yīng)用,但具有廣闊發(fā)展前景。綜合考慮骨支架的力學(xué)性能和生物學(xué)性能,設(shè)計(jì)和制備多孔結(jié)構(gòu)是推進(jìn)此技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。本文提出了一種骨支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,構(gòu)建了一種非均布孔骨支架;建立了羥基磷灰石漿料在激光單線掃描下的固化模型,揭示了各工藝參數(shù)對(duì)固化線厚度和固化線寬度的影響規(guī)律;研究了工藝參數(shù)對(duì)骨支架成型質(zhì)量、多孔結(jié)構(gòu)對(duì)骨支架力學(xué)性能的影響規(guī)律;建立了骨支架內(nèi)的多場(chǎng)作用模型,研究了骨支架內(nèi)的孔壁應(yīng)變、流體剪應(yīng)力和細(xì)胞相濃度的分布規(guī)律;揭示了多孔結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞增殖分布的影響規(guī)律,建立了骨支架內(nèi)細(xì)胞增殖性能的預(yù)測(cè)模型。提出了一種骨支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,構(gòu)建了一種非均布孔骨支架,分析了骨密度變化規(guī)律、孔結(jié)構(gòu)分布特點(diǎn)和單元不連續(xù)現(xiàn)象的影響因素。結(jié)果表明,隨著迭代次數(shù)增加,處于應(yīng)變能密度死區(qū)內(nèi)的單元數(shù)先迅速增加,后趨于平緩,以最大骨密度或最小骨密度或應(yīng)變能密度進(jìn)入死區(qū)的方式緩慢達(dá)到收斂;骨支架縱向截面的孔道沿縱向分布且連續(xù)性較強(qiáng),而橫向截面的孔道呈不規(guī)則網(wǎng)狀分布且連續(xù)... 

【文章來(lái)源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：145 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１骨的結(jié)構(gòu)層次劃分圖??骨組織是骨器官最基礎(chǔ)成分，包含有機(jī)成分與無(wú)機(jī)成分復(fù)合而成的骨基質(zhì)，??

山東大學(xué)博士學(xué)位論文??織內(nèi)細(xì)胞進(jìn)入活躍階段，促使骨重建發(fā)生。其中，力學(xué)信號(hào)在目前研宄中較成??熟，所以本文采用力學(xué)激勵(lì)骨重建理論。??外界力學(xué)環(huán)境改變，會(huì)引起骨骼結(jié)構(gòu)和形態(tài)改變。例如，因某些疾病而改??變走路姿態(tài)，或身體長(zhǎng)期保持固定姿態(tài)，或生活于太空無(wú)重力環(huán)境，上述情況??均可造成骨骼密度和微結(jié)構(gòu)變化。在２０世紀(jì)９０年代，？１＊〇貧［１１７］提出了骨重建的??力學(xué)調(diào)控假說(shuō)，圖２－１是骨重建的力學(xué)調(diào)控過(guò)程，當(dāng)骨骼檢測(cè)到目前結(jié)構(gòu)難以??適應(yīng)外界負(fù)載時(shí)，則對(duì)骨細(xì)胞發(fā)出信息，啟動(dòng)骨重建的生理過(guò)程，直到骨結(jié)構(gòu)??可適應(yīng)外界負(fù)載時(shí)，停止信息傳遞，終止骨重建。上述過(guò)程是生物學(xué)上的反饋??調(diào)節(jié)機(jī)制，當(dāng)然骨骼對(duì)外界力學(xué)環(huán)境做出的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)有一定限度。??為使反饋調(diào)節(jié)順利進(jìn)行，需具備四個(gè)關(guān)鍵因素，一是感應(yīng)器，目前研究認(rèn)??為是骨組織內(nèi)各種細(xì)胞；二是激勵(lì)信號(hào)，以力學(xué)信號(hào)最為普遍，例如應(yīng)力、應(yīng)??變、應(yīng)變能密度、應(yīng)變率等；三是確定的閾值，即激勵(lì)信號(hào)在超出一定范圍后??才會(huì)引起骨重建；四是信號(hào)傳遞方式，主要包括化學(xué)分子和生物電信號(hào)ｎ￥ｌ２Ｃ）］。??ｆ?外載荷］￣￣?ｆ?ｆｔ？重建］??應(yīng)力１??疲變?Ｉ??ＮＪ／???（乃學(xué)激勵(lì)信號(hào)）?Ｃｎｍｍ??應(yīng)變率（?〒??ｖ一７１＾???＾???（與標(biāo)準(zhǔn)ｉ比較倍息＿傳遞）??圖２－１骨重建的力學(xué)調(diào)控過(guò)程［１１７］??２．１．３骨重建的數(shù)學(xué)描述??骨骼可依據(jù)外界環(huán)境使自身形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生重建，這種特性稱為骨的功能??適應(yīng)性。骨對(duì)于力學(xué)信號(hào)的功能適應(yīng)性，已形成一套較為成熟的理論體系，其??核心思想可用式（２－１）表示［ｎ８］：??＾＾＝Ｓ［Ｓ－（ｌ±ｃｏ）／ｃ］?（２－

第２章多孔骨支架的結(jié)構(gòu)重建與設(shè)計(jì)方法研宄??式（２－１）中第一項(xiàng)＾＾表示骨重建速率，圖２－２是骨重建速率與力學(xué)激??ａｔ??勵(lì)信號(hào)的函數(shù)關(guān)系［１１８］。由圖可見(jiàn)，當(dāng)力學(xué)激勵(lì)信號(hào)？Ｓｃｙ－ｗ從時(shí)，破骨細(xì)胞和??成骨細(xì)胞對(duì)骨質(zhì)的吸收量大于生成量，骨重建速率（骨密度的變化率）為負(fù)值，??即骨密度持續(xù)減��；當(dāng)從時(shí)，骨質(zhì)的吸收量與生成量保持平衡，??骨密度不變；當(dāng)時(shí)，骨質(zhì)的吸收量小于生成量，骨重建速率為正值，??骨密度持續(xù)增大，且骨密度的變化率與激勵(lì)信號(hào)呈線性關(guān)系，激勵(lì)越強(qiáng)，則骨??密度變化率越大。??ｉｔ?ｔ?，??．ｆｔ?／??速?Ｚ????：＿羊＿ｚ?，??／力學(xué)激勵(lì)他??圖２－２骨重建速率與力學(xué)激勵(lì)信號(hào)的函數(shù)關(guān)系｜１１８］??２．２多孔骨支架結(jié)構(gòu)的重建與設(shè)計(jì)方法??２．２．１骨支架的設(shè)計(jì)要求??在骨組織工程領(lǐng)域，支架對(duì)細(xì)胞的附著、遷移、生長(zhǎng)、增殖、分化和基因??表達(dá)等生命活動(dòng)具有重要作用，決定能否成功體外構(gòu)建工程化的骨組織，所以??對(duì)支架材料、結(jié)構(gòu)和制備工藝均有一定要求，主要包括以下幾方面。??（１）較高的孔隙率�？紫堵适侵Ъ芙Y(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為，孔隙率越??高，越易促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖和骨骼長(zhǎng)入；??（２）?—定的孔結(jié)構(gòu)。雖然目前對(duì)于最佳孔結(jié)構(gòu)（孔形是方孔還是圓孔，孔??徑是３００叫１還是５００｜＿ｉｍ，諸如此類(lèi)問(wèn)題）尚無(wú)定論，但是孔結(jié)構(gòu)的確對(duì)細(xì)胞的??生命活動(dòng)具有一定影響，是構(gòu)建工程化骨組織的重要因素；??（３）較高的連通率。支架是細(xì)胞進(jìn)行各種生命活動(dòng)的場(chǎng)所，較高的連通率??有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送、廢物排出、信號(hào)分子傳輸，從而對(duì)細(xì)胞的遷移或相互連??１３??

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3597494