本文關(guān)鍵詞：組織工程支架在流固場中力學(xué)環(huán)境的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近幾年來,骨組織中骨細胞受力環(huán)境研究成為力學(xué)調(diào)控機制的重點研究內(nèi)容,并成為國內(nèi)外生物力學(xué)前沿課題之一。因為越來越多證據(jù)顯示骨細胞是骨的機械應(yīng)力感受器,是骨吸收和骨形成的直接感受器,是啟動骨重建過程的重要一環(huán),同時骨細胞不僅可以將機械力信號轉(zhuǎn)化為生化信號,并將信號傳遞到其它類型細胞,調(diào)控功能活動。支架材料作為接受外來刺激的主體,傳遞力學(xué)信號給細胞,當細胞受到力學(xué)刺激后,便會影響細胞的增殖和分化速率。因此研究支架在表觀應(yīng)變下內(nèi)部各應(yīng)變分布情況和支架在一定流速下支架內(nèi)流場的分布情況及流體對孔壁剪切力的大小,對細胞是否在力學(xué)刺激下能夠更好的增殖分化有極為關(guān)鍵的意義。本研究以Micro-CT掃描制備的復(fù)合支架數(shù)據(jù)為依據(jù),并對其進行三維逆重建,進行有限元分析,最后通過實驗研究力學(xué)對細胞在支架上生物學(xué)特性的影響。為制備組織和器官替代物,以恢復(fù)、維持和改善人體組織等提供科學(xué)依據(jù),同時為力學(xué)調(diào)控機制的基礎(chǔ)研究提供參考。 通過將Micro-CT掃描的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics和Geomagic中,對模型進行三維逆重建。構(gòu)建出支架的三維模型,包括支架圖像數(shù)據(jù)采集、生成點云數(shù)據(jù)和構(gòu)建支架三維實體造型。最終獲得符合需要的三維模型。 將構(gòu)建的三維實體模型導(dǎo)入有限元Ansys中,理論分析獲得適合細胞體內(nèi)微環(huán)境下的應(yīng)變分布,將符合研究的表觀應(yīng)變轉(zhuǎn)換為位移對支架復(fù)合物進行加載,參數(shù)如下：等效于3000με的位移動態(tài)載荷、f==1Hz的正弦波,每天加載一次,一次持續(xù)時間為10分鐘,分別加載7d、14d后觀察細胞在支架上的生長狀態(tài)。理論分析結(jié)果顯示不同表觀微應(yīng)變下內(nèi)部應(yīng)變分布不同,得到表觀應(yīng)變?yōu)?000με時更符合細胞生長的微環(huán)境。后續(xù)力學(xué)加載實驗及細胞染色觀察結(jié)果表明培養(yǎng)7天后支架上已經(jīng)分布有較多不規(guī)則、梭形細胞,14天后,支架表層孔隙已經(jīng)被細胞和細胞外基質(zhì)包裹,細胞已經(jīng)大量增殖并且很好的分泌細胞基質(zhì)。 在solidworks flow simulation中進行流體分析,將入口速度設(shè)為不同值,出口為大氣壓,經(jīng)過仿真,對所得數(shù)據(jù)進行分析總結(jié)。結(jié)果顯示,隨著流速的增加,剪切力成線性關(guān)系。當流速為235μm/s時孔壁主要剪切力為2-3mPa,與多位學(xué)者的結(jié)果相一致。還可以觀察到比較高的流速,其中(300～580μm/s)的速度出現(xiàn)在出口處,大部分低速(0-50μm/s)出現(xiàn)在孔壁。solidworks flow simulation較適用于分析流速較小,網(wǎng)格較難劃分的實體模型。數(shù)值結(jié)果可顯示速度、壓力和剪切力分布。
【關(guān)鍵詞】：逆重建 有限元 循環(huán)壓載 剪切力
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景10-15
• 1.1.1 骨的力學(xué)傳質(zhì)機理11-12
• 1.1.2 骨組織工程支架材料研究現(xiàn)狀12
• 1.1.3 生物反應(yīng)器研究現(xiàn)狀12-13
• 1.1.4 力學(xué)因素對在體或離體骨構(gòu)建和培養(yǎng)的影響13-15
• 1.2 研究內(nèi)容和目的意義15-16
• 1.2.1 研究內(nèi)容15
• 1.2.2 目的意義15-16
• 1.3 課題實施方案16-17
• 第二章 支架制備和Micro-CT掃描17-23
• 2.1 支架制備17
• 2.2 斷層掃描原理17-19
• 2.3 快速成型技術(shù)19-21
• 2.4 本章小結(jié)21-23
• 第三章 支架三維逆重建23-40
• 3.1 逆向工程概述23
• 3.2 Mimics逆重建分析23-29
• 3.2.1 數(shù)據(jù)采集23
• 3.2.2 Mimics建模步驟23-29
• 3.3 Geomagic反求設(shè)計29-39
• 3.3.1 點階段處理29-31
• 3.3.2 多邊形階段處理31-35
• 3.3.3 形狀階段處理35-38
• 3.3.4 其他命令38-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 第四章 支架有限元分析40-51
• 4.1 內(nèi)部應(yīng)變分布40-46
• 4.1.1 支架內(nèi)部應(yīng)變分布40-44
• 4.1.2 SF/HA/β-TCP復(fù)合支架掃描后有限元分析44-45
• 4.1.3 兔松質(zhì)骨micro-CT掃描后有限元分析45-46
• 4.2 速度和剪切力分析46-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 第五章 細胞/支架復(fù)合物的體外動態(tài)培養(yǎng)51-56
• 5.1 支架的載荷參數(shù)確定51
• 5.2 加載裝置的完善及使用51-55
• 5.2.1 應(yīng)變加載和流室參數(shù)的確定51-52
• 5.2.2 動態(tài)壓載荷加載裝置的完善52-54
• 5.2.3 細胞培養(yǎng)及接種54-55
• 5.3 本章小結(jié)55-56
• 第六章 總結(jié)與展望56-57
• 6.1 全文總結(jié)56
• 6.2 問題與展望56-57
• 參考文獻57-62
• 發(fā)表論文和科研情況說明62-63
• 致謝63

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王星;吳任東;張磊;曹雪菲;張人佶;;基于尖筆直寫的組織工程支架成形工藝研究[J];電加工與模具;2008年05期

2 吳任東,張人佶,顏永年,熊卓;低溫冰型在骨組織支架成形中的應(yīng)用[J];低溫工程;2003年05期

3 吳林波,丁建東;組織工程三維多孔支架的制備方法和技術(shù)進展[J];功能高分子學(xué)報;2003年01期

4 谷國良;KalervoH. V，

本文編號：412716