本文關鍵詞：仿生微納鋸齒絲切割超軟腦組織的研究

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【摘要】：腦組織屬于超軟生物組織,其力學性能的研究對研發(fā)大腦保護防護措施、醫(yī)療診斷等具有指導作用,腦組織試樣的微創(chuàng)切割是腦組織力學性能精準測試的前提條件。目前大多研究都是使用醫(yī)用手術刀或者壓制模具來直接制備試樣,由于腦組織質地極其柔軟,在切割過程中易對腦組織造成損傷,影響腦組織力學性能測試的真實性。蚊子能夠以極低的刺入力刺入皮膚,主要歸因于其下顎兩端精致的微納結構和振動刺入機制。受蚊子這種“無痛刺入”方式的啟發(fā),本文通過SEM和XRD分析,探索出一種可將金屬微納顆粒結到金屬絲表面制備鋸齒絲方法：將原始鉬絲用砂紙打磨后進行酸化,從而在鉬絲表面引入活性吸附位,隨后將鉬絲置于鹽鐵溶液浸泡,鉬絲表面會覆蓋一層吸附層,最后經過高溫煅燒在鉬絲表面形成鋸齒結構。為研究鋸齒絲的切割效果,利用鋸齒絲刀具結合往復運動方式進行了系列切割實驗,結果表明由于鋸齒絲表面的微納結構和振動切割聯(lián)合作用,切割力顯著減�。谎芯苛饲懈钏俣群驼駝宇l率因素對切割力的影響規(guī)律。結果顯示,無往復運動時切入力隨著進給切割速度的增大而減小；相反,往復運動時切入力隨著切割速度的增大而略有增加；振動頻率(8-24 Hz)對切入力影響不明顯；相對于振動頻率,切入力對切割速度更為敏感。最后對腦組織進行了拉伸和松弛實驗,不同應變率下腦組織的硬化效應表明腦組織具有較強的應變率相關性。通過擬合實驗曲線建立了腦組織的五參粘彈本構模型,利用自定義子程序VUMAT將腦組織的粘彈性屬性及等效Mises應力失效準則嵌入ABAQUS中,成功實現(xiàn)粘彈性腦組織切割過程的仿真模擬。結果表明切入力隨著鉬絲半徑的增加而顯著增大。本文研究結果對軟物質的微創(chuàng)切割以及粘彈性材料的切割機理研究具有一定參考價值。
【關鍵詞】：大腦組織 切割 微納鋸齒 粘彈性 切割模擬
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R741
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 腦組織力學特性的研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 腦組織切割的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文研究內容15-17
• 2 微納結構鋸齒絲制備方法17-27
• 2.1 微納結構植入金屬絲實驗17-21
• 2.1.1 實驗方案17-18
• 2.1.2 實驗材料18-19
• 2.1.3 實驗步驟19-20
• 2.1.4 掃描電鏡20-21
• 2.2 制備工藝條件對鋸齒成型的影響21-24
• 2.2.1 混合酸溶液酸化的影響21-22
• 2.2.2 酸化時間影響22
• 2.2.3 煅燒溫度影響22-23
• 2.2.4 煅燒時間影響23-24
• 2.3 SEM表征和XRD分析24-26
• 2.3.1 SEM表征24
• 2.3.2 XRD分析24-26
• 2.4 本章小結26-27
• 3 鋸齒絲切割軟組織機理研究27-39
• 3.1 瓊脂糖凝膠的制備27-28
• 3.1.1 腦組織替代材料的種類27-28
• 3.1.2 實驗材料和制備過程28
• 3.2 切割力測試實驗28-31
• 3.2.1 實驗裝置28-30
• 3.2.2 實驗步驟30-31
• 3.3 切割分析31-32
• 3.4 切割因素對切割的影響32-37
• 3.4.1 微納結構和振動方式對切割效果的影響33-34
• 3.4.2 切割速度對切割效果的影響34-36
• 3.4.3 振動頻率對切割效果的影響36-37
• 3.5 本章小結37-39
• 4 腦組織的粘彈本構模型與切割模擬39-52
• 4.1 VUMAT子程序39
• 4.2 粘彈本構理論39-43
• 4.2.1 Maxwell模型40-41
• 4.2.2 Kelvin模型41-42
• 4.2.3 廣義Maxwell模型42-43
• 4.3 腦組織的力學性能43-47
• 4.3.1 腦組織試樣制備43-44
• 4.3.2 腦組織拉伸破壞實驗44-46
• 4.3.3 腦組織應力松弛實驗46-47
• 4.4 腦組織粘彈本構和失效模型47-49
• 4.5 腦組織切割數值模擬49-50
• 4.5.1 腦組織切割模型49-50
• 4.5.2 腦組織切割變形與破壞50
• 4.6 本章小結50-52
• 結論52-53
• 參考文獻53-57
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況57-58
• 致謝58-59

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1 馮亮亮;仿生微納鋸齒絲切割超軟腦組織的研究[D];大連理工大學;2016年

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本文編號：1011681