生物陶瓷-鈦合金人工骨微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、骨組織工程支架的結(jié)構(gòu)對于人工骨的成骨性能起著至關(guān)重要的作用，人工骨支架需要具備三維連通的微孔結(jié)構(gòu)和合適的力學(xué)微環(huán)境。常用的人工骨支架材料包括聚合物、生物陶瓷、鈦及其合金等，其中生物陶瓷材料一般均具有良好的生物相容性和降解性，但是力學(xué)強(qiáng)度不足使得其在大段承重骨缺損部位的支架應(yīng)用中受到限制，而鈦合金材料擁有良好的力學(xué)性能，生物性能與其他合金材料相比較好，但與生物陶瓷相比仍較差。為了使支架同時具有良好的生物性能和足夠的強(qiáng)度，故本文對生物陶瓷-

2、鈦合金人工骨的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。
　　本文對單一材料磷酸鈣骨水泥（CPC）人工骨支架的流道結(jié)構(gòu)和微孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與優(yōu)化。利用 UG8.0軟件建立了擁有不同主流道的輪輻形人工骨支架的三維模型，并利用ANSYS對其進(jìn)行靜力結(jié)構(gòu)分析，在此基礎(chǔ)上對人工骨支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)并優(yōu)化，分析得到了不同主流道和各結(jié)構(gòu)參數(shù)對支架的宏觀孔隙率和力學(xué)性能參數(shù)的影響規(guī)律，為支架結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
　　對鈦合金人工骨支架結(jié)構(gòu)中橫梁

3、和立柱的直徑與分布對支架力學(xué)性能的影響作前期研究，對鈦合金支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。建立橫梁和立柱的直徑和分布均不同的鈦合金支架模型，采用選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術(shù)對其進(jìn)行制備，對制備的支架進(jìn)行力學(xué)壓縮實(shí)驗(yàn)分析，測出各支架的力學(xué)性能參數(shù)，后期對各支架的有限元模型進(jìn)行靜力結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明增加立柱直徑和橫梁層數(shù)時，支架的力學(xué)性能得到提高。
　　為了進(jìn)一步研究鈦合金支架在橫截面積相同的情況

4、下，支架的外觀形狀、立柱直徑和分布、橫梁層數(shù)對支架力學(xué)性能的影響，設(shè)計(jì)了15種不同形狀、不同立柱直徑和分布和不同橫梁層數(shù)的支架結(jié)構(gòu)。同樣采用SLM技術(shù)制備，制備參數(shù)與前期一致，對支架進(jìn)行力學(xué)壓縮實(shí)驗(yàn)，利用萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)、高速攝像機(jī)和三維光學(xué)散斑測量儀同時對支架進(jìn)行測量。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得知，支架的外觀形狀和橫梁層數(shù)對支架的力學(xué)性能參數(shù)影響較大。
　　在股骨三維模型中的股骨干某一位置沿股骨干方向提取20mm的骨缺損，欲采用多孔鈦合金支