組織工程支架在流固場(chǎng)中力學(xué)環(huán)境的研究.pdf

1、近幾年來(lái)，骨組織中骨細(xì)胞受力環(huán)境研究成為力學(xué)調(diào)控機(jī)制的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，并成為國(guó)內(nèi)外生物力學(xué)前沿課題之一。因?yàn)樵絹?lái)越多證據(jù)顯示骨細(xì)胞是骨的機(jī)械應(yīng)力感受器，是骨吸收和骨形成的直接感受器，是啟動(dòng)骨重建過(guò)程的重要一環(huán)，同時(shí)骨細(xì)胞不僅可以將機(jī)械力信號(hào)轉(zhuǎn)化為生化信號(hào)，并將信號(hào)傳遞到其它類型細(xì)胞，調(diào)控功能活動(dòng)。支架材料作為接受外來(lái)刺激的主體，傳遞力學(xué)信號(hào)給細(xì)胞，當(dāng)細(xì)胞受到力學(xué)刺激后，便會(huì)影響細(xì)胞的增殖和分化速率。因此研究支架在表觀應(yīng)變下內(nèi)部各應(yīng)變分布情

2、況和支架在一定流速下支架內(nèi)流場(chǎng)的分布情況及流體對(duì)孔壁剪切力的大小，對(duì)細(xì)胞是否在力學(xué)刺激下能夠更好的增殖分化有極為關(guān)鍵的意義。本研究以Micro-CT掃描制備的復(fù)合支架數(shù)據(jù)為依據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行三維逆重建，進(jìn)行有限元分析，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究力學(xué)對(duì)細(xì)胞在支架上生物學(xué)特性的影響。為制備組織和器官替代物，以恢復(fù)、維持和改善人體組織等提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為力學(xué)調(diào)控機(jī)制的基礎(chǔ)研究提供參考。
　　 通過(guò)將Micro-CT掃描的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics和G

3、eomagic中，對(duì)模型進(jìn)行三維逆重建。構(gòu)建出支架的三維模型，包括支架圖像數(shù)據(jù)采集、生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)和構(gòu)建支架三維實(shí)體造型。最終獲得符合需要的三維模型。
　　 將構(gòu)建的三維實(shí)體模型導(dǎo)入有限元Ansys中，理論分析獲得適合細(xì)胞體內(nèi)微環(huán)境下的應(yīng)變分布，將符合研究的表觀應(yīng)變轉(zhuǎn)換為位移對(duì)支架復(fù)合物進(jìn)行加載，參數(shù)如下:等效于3000με的位移動(dòng)態(tài)載荷、f=1Hz的正弦波，每天加載一次，一次持續(xù)時(shí)間為10分鐘，分別加載7d、14d后觀察細(xì)胞在支

4、架上的生長(zhǎng)狀態(tài)。理論分析結(jié)果顯示不同表觀微應(yīng)變下內(nèi)部應(yīng)變分布不同，得到表觀應(yīng)變?yōu)?000με時(shí)更符合細(xì)胞生長(zhǎng)的微環(huán)境。后續(xù)力學(xué)加載實(shí)驗(yàn)及細(xì)胞染色觀察結(jié)果表明培養(yǎng)7天后支架上已經(jīng)分布有較多不規(guī)則、梭形細(xì)胞，14天后，支架表層孔隙已經(jīng)被細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)包裹，細(xì)胞已經(jīng)大量增殖并且很好的分泌細(xì)胞基質(zhì)。
　　 在solidworksflowsimulation中進(jìn)行流體分析，將入口速度設(shè)為不同值，出口為大氣壓，經(jīng)過(guò)仿真，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析