硕士论文-陶瓷-金属复合人工骨仿生结构设计基础研究

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1、硕士研究生学位论文新疆大学论文题目(中文)：陶瓷-金属复合人工骨仿生结构设计基础研究论文题目(外文)：Basicresearchofceramic-metalcompositebionicscaffoldforbonetissueengineering研究生姓名：学科、专业：机械制造及其自动化学位类别:工学硕士研究方向：CAD/CAM及先进制造技术导师姓名职称：论文答辩日期年月日学位授予日期年月日新疆大学硕士研究生学位论文摘要骨组织工程支架是构建组织工程活性骨的前提，其结构和生理机能决定了大段仿生人工骨的成骨性能。因此支架不仅要具备与所替代部位的骨骼外形

2、相匹配，而且要具备三维贯通的微结构为组织的长入、再生、营养输送和代谢提供通道，同时更要具备足够的强度去承受宿主组织环境中的压力为新长的组织提供暂时的力学支撑，这也是大段仿生人工骨的研究难点。针对该难点，本文利用不同材料具有的不同的生物性能和力学性能，提出使用陶瓷材料制备仿生人工骨的微结构，钛合金材料制备仿生人工骨的轮廓结构，并且利用流体力学对仿生人工骨微结构进行了优化选取，利用力学实验对仿生人工骨结构进行力学验证。同时采用快速成形技术制备仿生骨支架负型，对仿生骨支架的成形工艺进行了初步研究。对股骨在复杂受力下应力分析研究的基础上，对股骨进行了数值模拟分析

3、。应用Mimics软件将股骨CT数据以DICOM格式导入，生成股骨三维模型，对模型进行面网格划分、物理材料赋值，应用ANSYS软件实现三维模型体网格划分，并根据股骨骨折机制，设置股骨头传递关节力的大小和作用点位置，以用来模拟股骨在正常活动和突发状况下的形变和应力分布，得出股骨骨折的应力特征和应力趋势。数值仿真结果与股骨骨折机制相符合，为股骨缺损修复研究提供了基础。通过对假体置换后股骨距受力规律的研究，建立出六种不同密度的支架结构，并分别对这几种结构进行受力分析，选择可承受最大受力的支架结构，然后根据股骨距的尺寸特征，建立适合的支架结构进行受力分析，与股骨

4、距路径受力曲线进行比较。并以此支架结构建立仿生人工骨支架，通过逐步减小支架密度的方式，达到与股骨距应力趋势相符的目的。在对自然骨微孔结构研究的基础上，建立了六个具有三维贯通的正交型微孔道人工骨模型，其中孔径为的支架4个，孔径为的支架2个。由Wolff定律VII新疆大学硕士研究生学位论文可知骨细胞的增殖与所受的剪切力密切相关，结合N-S方程对本次设计的六个仿生人工骨微结构进行优劣评价，将六种微结构放入相同的流场环境中分析，将数值分析结果进行对比，并与利于骨细胞增殖的剪切力范围对比，结果表明仿生骨微结构孔隙率对于剪切力的影响不大，相反微结构孔径的大小对剪切力

5、起主导作用。在对人工骨仿生支架负型制造法研究的基础上，建立了两种带有微孔道的仿生人工骨支架负型，即正交型和轮辐型。结合快速成形技术建立支架负型的实体模型，并向其中填充生物材料，烧结后得到具有生物活性的人工骨支架。对不同填充法和不同处理方式下，人工骨支架的烧结效果进行分析讨论，得出支架烧结后碎裂的原因，对仿生人工骨支架的成型工艺进行了初步研究。关键词：仿生人工骨股骨数值分析支架结构微结构成型工艺论文类型：应用基础VII新疆大学硕士研究生学位论文AbstractBonetissueengineeringscaffoldisthepreconditionofc

6、onstructingactivebone,itsstructureandphysiologicalfunctiondeterminesthelongbionicartificialboneosteogenesisperformance.Soscaffoldshouldnotonlymatchthereplacedboneshape,butalsohave3Dmicrostructuretoprovidechannelsfortissueingrowth,regeneration,nutritionmetabolism,atthesametimehave

7、sufficientstrengthtowithstandtheenvironmentofhostorganizationpressurefornewtissuegrowprovidestemporarymechanicalsupport,thisisthepivotalkeyforbionicartificialboneresearch.Aimedatthedifficulty,accordingtothedifferentmaterialwithbiologicalpropertiesandmechanicalproperties，thispaper

8、putforwardusingthebionichumanbonemicrost