骨组织工程技术是未来进行骨缺损修复治疗的一种重要趋势,骨组织工程支架(简称骨支架或支架)是该技术中的一个基本要素,主要起到支撑和促进骨组织再生的作用。目前骨支架主要通过某一种(或几种)结构单元(简称单胞)进行周期性阵列而成,单胞类型以及由其构成的微观结构(简称微结构)对骨支架的性能有着十分重要的影响。由三周期极小曲面(TPMS)构成的骨支架具有更接近自然骨的仿生形态,对其力学性能和渗透性等进行分析可以为基于此类微结构特征的骨支架设计提供重要的参考价值。本文针对五类常见的三周期极小曲面(Diamond、Gyroid、Schwarz P、F-RD、Fischer-Koch S)和三类传统的晶格结构(Cube、FD-Cube、Octa)构建了八类骨支架模型,通过数值模拟的方法分析了孔隙率对各类骨支架的等效弹性模量(等效杨氏模量和等效剪切模量)和渗透率的影响,同时利用解析分析和代表体积单元(RVE)法对五类TPMS骨支架的各向异性弹性性能进行了分析。计算结果显示随着孔隙率的增大,一方面各类骨支架在主轴方向上的等效弹性模量逐渐降低,另一方面骨支架的渗透率逐渐增大;TPMS骨支架等效弹性常数的计算结果显示孔隙率的增大将导致骨支架弹性常数值的减小,各向异性特性增加。此外,在单轴受压情况下,当材料分布方向与荷载施加方向的重合度较高时,骨支架的内部变形主要以拉压为主,抗压性能相对较好,当孔隙通道与渗流方向一致时,支架渗透性相对较好。本文分析表明,孔隙率是调节骨支架力学性能及渗透性一个重要参数,孔隙率越大,支架的渗透性越好,但力学承载能力则越差,而支架的力学及生物学性能则与其内部微结构形貌密切相关。本文的分析为基于TPMS仿生微结构的骨支架设计提供了重要的理论参考。