雙頻加載裝置的研制及有限元仿真.pdf

1、近年來隨著對生物力學研究的不斷深入，逐漸形成了一個新興的研究領域“力生物學”。它是側(cè)重于研究機械力如何調(diào)控組織生物學形態(tài)和結(jié)構，即研究組織如何通過細胞對力學刺激產(chǎn)生反饋，維持形態(tài)結(jié)構并適應環(huán)境，此方面研究有利于揭示組織力學傳導機理，同時為組織工程發(fā)展奠定基礎。合適的力學環(huán)境是骨力生物學研究和組織工程化構建的重要基礎。
　　 本課題為了尋求和構建合適的力學環(huán)境，根據(jù)組織工程和生物仿生的基本原理，從人體活動的力學特點出發(fā)，研制出一種

2、用于骨力生物學研究的雙頻加載裝置。該裝置是模擬：人在行走等活動中對關節(jié)軟骨施加的低頻-高幅載荷和肌肉、韌帶等組織維持軟骨的形態(tài)結(jié)構而施加的高頻-低幅載荷。通過控制升程可調(diào)凸輪和壓電陶瓷的振幅及頻率來實現(xiàn)體內(nèi)生理狀態(tài)下的雙頻力學環(huán)境。使用微型雙光束平面鏡干涉儀對雙頻加載裝置的輸出位移進行檢測，測試表明該雙頻加載裝置的運行穩(wěn)定，可以實現(xiàn)低頻-高幅載荷疊加高頻-低幅載荷的力學環(huán)境；此外，使用有限元法對軟骨進行力學分析，在雙頻加載的條件下，軟骨

3、各層的力學響應各不相同。在高頻10Hz、20Hz與低頻1Hz、2Hz疊加時，軟骨表現(xiàn)出不同的力學響應。軟骨對20Hz的力學響應比對10Hz的力學響應強，但是二者的差異較小；最后，使用生物學檢驗的方法對雙頻加載的力學條件進行生物學方面的評價，實驗表明：該動態(tài)力學環(huán)境的構建加強了軟骨生物學傳質(zhì)過程。
　　 該裝置的力學載荷可為骨或軟骨力生物學研究和組織工程提供新的力學環(huán)境，將有助于組織力學傳導機理的研究和組織工程的發(fā)展，還可能為臨床