【摘 要】
:
骨组织具有很强的自我再生能力,可以使受损部位完全恢复到其损伤前的组成、结构和功能。但是由于意外事故、骨肿瘤切除、炎症感染等问题,导致骨缺损部位达到一定范围后(>2 cm)便无法自行愈合。目前大面积骨缺损主要通过自体骨(金标准)或异体骨进行骨移植手术治疗,但同时也存在不可忽视的问题:二次手术、交叉感染、免疫排斥、治疗效果不佳等。随着多学科的发展与交叉,人工合成骨移植替代物(骨修复支架)成为了理想材料
论文部分内容阅读
骨组织具有很强的自我再生能力,可以使受损部位完全恢复到其损伤前的组成、结构和功能。但是由于意外事故、骨肿瘤切除、炎症感染等问题,导致骨缺损部位达到一定范围后(>2 cm)便无法自行愈合。目前大面积骨缺损主要通过自体骨(金标准)或异体骨进行骨移植手术治疗,但同时也存在不可忽视的问题:二次手术、交叉感染、免疫排斥、治疗效果不佳等。随着多学科的发展与交叉,人工合成骨移植替代物(骨修复支架)成为了理想材料。但是,目前的骨修复治疗效果仍不太理想,原因在于骨修复支架缺少优异的成骨诱导性能。因此,本课题研究细胞所在的骨微环境,以骨自发重塑和骨折自愈合过程为指导,通过将机械刺激与生化刺激相结合的方法,提高骨修复支架的成骨诱导性能,促进骨缺损的修复效果。根据骨修复支架的基本结构要求和骨组织生理结构建立了不同结构的支架模型,使用双向流固耦合方法对支架模型的流体性能和力学性能进行模拟分析。在支架内表面负载细胞模型,模拟支架植入体内后的细胞黏附作用。计算细胞表面所受的流体剪切应力(Fluid shear stress,FSS),预测支架内细胞的分化方向,获得满足成骨分化预期的支架结构。第一次结构设计时,发现球形-560支架具有最佳的成骨分化预期,但是现有3D打印技术无法实现结构复现。所以,结合骨小梁结构、第一次结构设计的结论和3D打印技术精度,对支架结构进行二次重新设计。第二次结构设计得到的400-900支架可以满足的成骨分化预期,并可以使用现有技术进行制备。将模拟仿真设计得到的支架结构,使用3D打印技术进行还原制备。由于聚乳酸(Polylactic acid,PLA)具有优异的生物相容性、无毒性和可降解性,将其作为支架材料。使用选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)技术制备PLA骨修复支架。SLS制备的支架符合要求,基本还原了理论设计。压缩实验证明支架具有一定的抗压强度,可用于松质骨骨缺损的修复。生物活性实验显示出支架具有良好的生物活性,在支架表面可快速形成羟基磷灰石层(Hydroxyapatite,HA),可以与植入周围的骨组织实现牢固的结合。PLA具有可降解性,当支架植入体内后,通过人体的内循环可以有效缓解酸性环境的产生。支架需要植入骨缺损区域才能发挥作用,主要用于原位骨的骨修复。为了进一步提高支架的成骨效果,在支架上负载具有优异成骨诱导能力的骨形态发生蛋白-2(Bone morphogenetic protein-2,BMP-2)。但是BMP-2在体内存活时间过短,使用聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)微球进行BMP-2的负载并实现长期持续释放。采用复乳法制备了BMP-2/PLGA微球,并将微球通过物理振荡方法填充于支架表面。扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)观察表明,微球主要集中在支架表面的凹陷处,不会对支架结构产生影响,而且微球的结构也未发生变化。为评估和验证BMP-2/PLGA微球复合支架的原位成骨性能,将400-900支架分为两组(有无负载微球)植入大鼠体内。通过肉眼观察植入体内4周的股骨,400-900支架和400-900-微球支架的顶部都与周围的皮质骨愈合在一起,表现出了良好成骨效果。进一步检测支架内部的成骨效果,使用Micro-CT检测骨缺损部位的新生骨。400-900-微球支架相对于400-900支架具有更高的骨体积分数(Ratio of bone volume to total volume,BV/TV),而且新骨的分布更加均匀。8周时,400-900-微球支架具有最高的BV/TV(0.390),而且新生骨基本填充满了支架的内部空间。体内实验表明,微球可以有效提高新生骨的质量和数量,并且有效缩短骨再生时间。本课题以骨自发重塑和骨折自愈为设计思路,通过将机械刺激与生化刺激相结合的方式提高骨修复支架的成骨诱导性能,制备了具有优异成骨效果的骨修复支架。课题研究内容与结果为通过结合多成骨刺激方式,为设计出具有优异成骨诱导性能的骨修复支架提供一定的有益探索。
其他文献
钣金成形工艺历史悠久,在日用品、汽车、航天等产品制造领域得到了广泛的应用。随着经济和技术的发展,对形状复杂、强度高、重量轻的难成形钣金件的需求日益增加。为提高该类钣金零件的成形性,充液拉深成形技术已成为当前板材加工的主要工艺方法之一。进入本世纪后,为减小钣金件开发成本,缩短开发周期,避免裂纹等成形缺陷的发生,CAE技术在钣金成形产品及工艺开发中得到了广泛的应用。但基于有限元模拟所得的板厚减薄量并不
固体颗粒介质成形技术(Solid granules medium forming,SGMF)可以降低材料成形载荷提高成形极限,在成形壁厚减薄率要求较高的工件的领域有比较大的发展前景。针对具有较小局部特征和较高的成形要求的真空灭弧室重要零件—316L不锈钢主屏蔽罩,本文提出以固体颗粒介质成形技术来成形主屏蔽罩。为了研究管材成形的影响参数以及原因,本文基于理论建模、试验探究以及模拟验证对管材固体颗粒介
在现代连铸生产中,小方坯作为一种常见的铸坯形状大量生产。脱方是小方坯连铸生产中一种常见的质量缺陷,主要原因是因为钢水冷却不均匀导致铸坯对角线长度不一致。脱方会产生废品,影响铸坯的质量并造成轧制的困难。本文基于高温蠕变理论,从两个方面对小方坯脱方进行仿真分析:在二冷区支撑辊不对中和结晶器铜管不对中。基于凝固传热理论,建立小方坯的二维非稳态凝固传热有限元模型,选择合理的铸坯材料参数,通过施加初始条件和
硬质合金因高硬度、高强度等优异性能被誉为“工业牙齿”,在水刀砂管等耐磨件领域发挥重要作用。但是,目前制备硬质合金所使用的粘结剂有硬度低、高温性能差、耐磨性低等缺点使硬质合金在耐磨零件方面应用受到限制。近年来,人们尝试使用高熵合金替代常规粘结剂,通过烧结工艺制备高熵硬质合金解决这一问题。但因为高熵合金与硬质相的润湿性较差,导致高熵硬质合金的综合性能与传统硬质合金相比还有一定差距。本文提出使用添加剂提
轧机是板带生产的“母机”,其空间位置精度和装配精度直接影响带钢质量。然而,随着服役时间的累积,轧机主要部件磨损等原因导致空间精度下降,如轧机窗口对中度下降、牌坊两侧存在高低差等现象,严重影响轧机性能与轧制稳定性。为满足板带生产高速化、高精度化和高性能化要求,亟需开展有关轧机空间精度失调的原因、检测方法及其对轧制工艺和设备产生的影响等方面研究。辊系是轧机最核心的部件,为增加轧制稳定性,工作辊沿轧制线
GCr15轴承钢作为最常用的轴承钢之一,具有良好的综合力学性能,并被广泛应用于精密机床主轴、内燃机和矿山机械等领域。因其工作环境特殊,会使零部件长期在交变载荷、高速和腐蚀等苛刻条件下工作,对零部件的寿命、可靠性和耐腐蚀性等是非常严重的考验,因此对GCr15轴承钢的性能提出了更高的要求。传统强化处理的GCr15已经无法满足当下严苛的工作性能要求,而超声表面强化技术,作为新兴的表面强化技术,具有传统表
作为经典的六自由度并联机构,Stewart机构在运动模拟和航天航空等领域应用广泛。针对Stewart机构在工程应用中成本较高的问题,采用6-U(P/H)U机构代替Stewart机构,并将6-U(P/H)U机构应用于地震模拟场景。相较于传统的Stewart机构,6-U(P/H)U机构作为一种特殊的Stewart机构,电动缸的结构更为简单,分支的转动副关节数目更少,使得6-U(P/H)U机构的制造成本
机构创新驱动机械装备的发展,认识机构从自由度开始。自由度发展过程中,形成了运动求交与约束求并两种重要的分析思路,统一两种思路的表示形式有利于提高自由度分析方法的实用性。纵观各种自由度分析方法,对过约束直接进行处理分析机构自由度具有一定难度,而避开过约束将使自由度分析大为简化。但是目前避开过约束的自由度分析方法更注重机构整体,对动平台自由度的求解还存在一定缺陷。因此基于运动求交与约束求并对机构自由度
现如今,伴随着我国市场经济的蓬勃发展,企业在市场当中需要面对剧烈的市场竞争。企业只有不断地提升人才储备、培养适宜企业发展的优越人才,才能够保证在市场的核心地位,避免落后而被市场所淘汰。近些年来,通过不断地建立起人力资源管理员工激励机制,全面的增强我国市场竞争当中企业的核心竞争力,让企业能够拥有优越的人才储备,加强企业的核心凝聚力。因此,在新的时期里,我国企业必须着重关注员工激励机制的建立,让员工在