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人工软骨支架层间的力学性能 被引量：4
1
作者 陈磊 葛为民 +3 位作者 吕林蔚 雷鸣 Teresa Zielińska 邢恩宏 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2019年第30期4763-4768,共6页
背景:软骨组织工程修复是一个修复软骨缺损的重要方法,软骨组织工程丝素蛋白/Ⅱ型胶原支架具有良好的生物相容性,这种黏弹性材料兼有固体的特性和液体特性,其层间的微观力学性能与细胞培育密切相关。目的:掌握支架宏观载荷与层间微观作... 背景:软骨组织工程修复是一个修复软骨缺损的重要方法,软骨组织工程丝素蛋白/Ⅱ型胶原支架具有良好的生物相容性,这种黏弹性材料兼有固体的特性和液体特性,其层间的微观力学性能与细胞培育密切相关。目的:掌握支架宏观载荷与层间微观作用力之间的关系,控制宏观载荷数值,使支架内部达到最适合细胞增殖的载荷状态。方法:设计丝素蛋白/Ⅱ型胶原空白支架的压缩应力松弛实验,使用实验数据拟合黏弹性本构方程后构建支架有限元模型,对实验过程仿真计算,获取支架层间的力学状态。结果与结论:①支架的各层受力分布在1.185-3.305N,各层受力均随时间的增长而逐步减小,并最终收敛;②支架每一层的位移随着层数的增加而增加,这说明从支架底层的位移开始叠加每一层的位移量,最终导致位移量随着支架层数的上升而递增;③支架各层间的应变数值在1.82×10^-2-4.47×10^-2区间内,这个区间可以直接体现组织培养过程中对种子细胞最佳的压缩状态;④当支架宏观发生10%应变时,各层的应变值分布在2%-7%这一数值范围;当支架宏观发生5%应变时,各层应变值分布在1%-2%;当支架宏观发生20%应变时,各层应变值分布在8%-18%;通过对比得出:4%-7%为细胞增殖的最优应变量。 展开更多
关键词 软骨支架 丝素蛋白/ⅱ型胶原支架 有限元 压缩载荷 黏弹性 力学性能 生物材料 组织工程
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支架材料层叠的有限元计算分析论证 被引量：2
2
作者 孙凯 李瑞欣 +2 位作者 李昊 李东 李晖 《中国组织工程研究》 CAS 北大核心 2019年第30期4787-4792,共6页
背景:组织工程软骨修复结果的不确定性与修复区的力学行为有关,缺损修复的形状、层深及载荷特性均会不同程度地改变修复区的力学环境,因此可通过对上述参数的研究探索人工软骨合适的力学性能指标。目的:采用有限元方法分析支架材料修复... 背景:组织工程软骨修复结果的不确定性与修复区的力学行为有关,缺损修复的形状、层深及载荷特性均会不同程度地改变修复区的力学环境,因此可通过对上述参数的研究探索人工软骨合适的力学性能指标。目的:采用有限元方法分析支架材料修复形状及堆叠方式对修复区力学行为的影响。方法:采用MRI-3D打印丝素蛋白/胶原蛋白复合支架,将支架分别裁剪为圆形与矩形,每种形状分别以垂直堆叠与倾斜堆叠形成三维实体,利用ANSYS12.0、Solid95单元进行建模、网格划分,对材料顶部施加10kPa的均匀载荷(Z=10mm),分析材料的位移、应力与应变分布。结果与结论:①圆形和矩形材料的垂直堆叠具有整体规则形状,X轴和Y轴具有严格的对称性;倾斜堆叠的圆形和矩形材料呈不规则形状,只能满足X轴对称性,Y和Z具有阶梯特性;②在相同荷载条件下与垂直堆叠相比,倾斜堆叠材料的轴向位移更明显,不利于骨组织生长修复;③圆形和矩形材料垂直堆叠时,模型内部的应变分布比较均匀,具有严格的轴对称性,且只有底部边缘或角点有小面积的由应力集中导致的大应变(应力)区域;圆形和矩形材料倾斜堆叠时,由于形状和载荷的不对称性导致局部应变呈不均匀、阶梯状分布,且存在较大面积的大应变(应力)区域;④结果说明,圆形材料垂直堆叠更有利于骨组织的修复。 展开更多
关键词 丝素蛋白/胶原蛋白复合支架 有限元分析 支架 圆形 矩形 垂直堆叠 倾斜堆叠 三维
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