組織工程支架在流固場中力學環(huán)境的研究.pdf

1、近幾年來，骨組織中骨細胞受力環(huán)境研究成為力學調控機制的重點研究內容，并成為國內外生物力學前沿課題之一。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化為生化信號，并將信號傳遞到其它類型細胞，調控功能活動。支架材料作為接受外來刺激的主體，傳遞力學信號給細胞，當細胞受到力學刺激后，便會影響細胞的增殖和分化速率。因此研究支架在表觀應變下內部各應變分布情

2、況和支架在一定流速下支架內流場的分布情況及流體對孔壁剪切力的大小，對細胞是否在力學刺激下能夠更好的增殖分化有極為關鍵的意義。本研究以Micro-CT掃描制備的復合支架數(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對細胞在支架上生物學特性的影響。為制備組織和器官替代物，以恢復、維持和改善人體組織等提供科學依據(jù)，同時為力學調控機制的基礎研究提供參考。
　　 通過將Micro-CT掃描的數(shù)據(jù)導入Mimics和G

3、eomagic中，對模型進行三維逆重建。構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)和構建支架三維實體造型。最終獲得符合需要的三維模型。
　　 將構建的三維實體模型導入有限元Ansys中，理論分析獲得適合細胞體內微環(huán)境下的應變分布，將符合研究的表觀應變轉換為位移對支架復合物進行加載，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

4、架上的生長狀態(tài)。理論分析結果顯示不同表觀微應變下內部應變分布不同，得到表觀應變?yōu)?000με時更符合細胞生長的微環(huán)境。后續(xù)力學加載實驗及細胞染色觀察結果表明培養(yǎng)7天后支架上已經分布有較多不規(guī)則、梭形細胞，14天后，支架表層孔隙已經被細胞和細胞外基質包裹，細胞已經大量增殖并且很好的分泌細胞基質。
　　 在solidworksflowsimulation中進行流體分析，將入口速度設為不同值，出口為大氣壓，經過仿真，對所得數(shù)據(jù)進行分析