人工软骨支架层间的力学性能

Mechanical properties of artificial cartilage scaffolds

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摘要背景: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1.185-3.305 N,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.

作者陈磊 ^[1] 葛为民 ^[2] 吕林蔚 ^[2] 雷鸣 ^[3] Teresa Zielińska ^[4] 邢恩宏 ^[2] 学术成果认领

作者单位天津理工大学,天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室,天津市 300384 ^[1] 天津理工大学,天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室,天津市 300384;机电工程国家级实验教学示范中心(天津理工大学),天津市 300384 ^[2] 天津理工大学计算机科学与工程学院,天津市,300384 ^[3] 华沙理工大学,波兰华沙 00-661 ^[4]

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

主题词支架(Stents)软骨(Cartilage)力学(Mechanics)组织工程(Tissue Engineering)丝素蛋白(Silk)

分类号 R459.9 R318.08 R-331

栏目名称 支架材料

DOI 10.3969/j.issn.2095-4344.1412

发布时间 2019-07-25

基金项目

国家自然科学基金项目 项目负责人:吕林蔚 国家重点研发计划项目 项目负责人:葛为民 天津市智能制造科技重大专项资助项目