摘要：软骨浅表区缺失是引发骨关节炎的一个重要因素,探究软骨浅表区缺损对其表面形貌及力学性能的影响非常重要。本文取成年猪膝关节软骨,分别采用糜蛋白酶酶解处理和电摩擦笔物理去除方法,对其表面进行处理,将正常软骨和表面处理后的软骨分为五组:对照组(正常软骨组)、糜蛋白酶浸泡组、糜蛋白酶擦拭组、电摩擦笔去除10%组、电摩擦笔去除20%组。使用激光光谱共聚焦显微镜和环境场扫描电子显微镜对五组样本进行表面形貌及结构表征,并开展拉伸实验评估每组样本力学性能。研究表明,对照组的表面算术平均高度最小、断裂强度最小、断裂应变最大;电摩擦笔去除20%组的表面算术平均高度最大、断裂强度最大、断裂应变最小,其余三组表面算术平均高度、断裂强度和断裂应变值均介于上述两组之间,其中电摩擦笔去除10%组、糜蛋白酶擦拭组、糜蛋白酶浸泡组表面算术平均高度和断裂强度依次降低,断裂应变依次增大。此外,课题组对不同组弹性模量展开研究,结果表明,对照组弹性模量最小,电摩擦笔去除20%组弹性模量最大。以上研究发现,软骨浅表区的缺损改变了其表面形貌和结构,降低了其力学性能。本文研究成果或对软骨损伤预防及缺损修复具有重要意义。

摘要：借助STAR-CCM+软件对高速双体船深浅水绕流场进行试验和数值研究。根据深水阻力试验结果,基于国际拖曳水池会议(ITTC)规程对数值方法的有效性进行验证;对双体船深浅水绕流场进行数值模拟,并基于不同工况下的数值模拟结果对双体船浅水流场和浅水阻力进行分析。研究结果表明:高速双体船的浅水效应明显;阻力方面,剩余阻力是影响浅水阻力变化的主要成分,超临界水深工况下发生了明显的有利干扰;航态方面,双体船均出现了一定程度的艉倾和上浮;流场方面,亚临界区域的横波波长、横散波交点线夹角和散波角均随着水深的减小而增大,超临界区域仅剩散波,而散波角有明显的减小。

摘要：背景:国内外学者对关节软骨在不同力学环境及循环压缩载荷下的受力情况做了不少研究,但均集中在循环压缩载荷对软骨的作用,有关软骨年龄因素对软骨力学特性影响的研究和软骨在复杂受力环境下的特性研究不深入。目的:研究不同滚压载荷条件对成年和幼年关节软骨棘轮行为的影响。方法:以成年猪股骨软骨和幼年猪股骨软骨为实验对象,在不同实验条件下(压缩量:10%,20%,30%;滚压速率:1.66,3.44,6.68 mm/s;缺损宽度:1,2,4 mm)采用滚压加载装置施加载荷,同时使用非接触数字相关技术对加载过程中的试样进行图像采集,通过分析处理图像,研究循环滚压载荷作用下成年及幼年关节软骨的棘轮行为。结果与结论:(1)在滚压载荷下,随着滚压循环载荷的进行,成年软骨和幼年软骨的棘轮应变都呈现先快速增加后缓慢增加的趋势;(2)随着压缩量的增加,成年软骨和幼年软骨的棘轮应变都增加;在相同压缩量下,幼年软骨的棘轮应变大于成年软骨,并且他们的棘轮应变沿着软骨深度从表层到深层逐渐降低;(3)随着滚压速率的增加,成年软骨和幼年软骨的棘轮应变减小;(4)1 mm微型缺损关节软骨的棘轮应变数值和趋势与完整无缺损软骨大致相同。在2,4 mm缺损状态下,缺损软骨的棘轮应变值均比同样条件下完整软骨的棘轮应变值要高。

摘要：背景:关节软骨一旦出现裂纹缺损其力学性能会发生改变,而先前研究中针对受损关节软骨的探究多集中在压缩,对于拉伸性能的研究较少。目的:预先在软骨层试样上制造裂纹缺损,测试其单轴准静态拉伸性能。方法:选取新鲜成年猪膝关节的关节软骨,制备含裂纹缺损的软骨试样,在不同应力率下(0.001,0.01,和0.1 MPa/s)测试其拉伸性能,在不同恒定应力下(1,2,3 MPa)测试其蠕变性能。结果与结论:①不同应力速率下的拉伸实验中,随着应力速率的增加,达到相同应变所需的应力逐渐增大,且试件的杨氏模量随应力率的增加而增加;②不同应力速率下含裂纹缺损关节软骨的拉伸应力-应变曲线不重合,说明含裂纹缺损关节软骨的拉伸性能具有率相关性;③不同恒定拉应力水平下的蠕变实验中,蠕变应变随着拉应力水平的提高而增大,蠕变柔量随拉应力水平的提高而降低,并且随着蠕变时间的推移蠕变应变先快速增加后缓慢增加;④结果表明,不同应力率和不同恒定应力对含裂纹缺损关节软骨的拉伸力学性能影响较大,该实验结果可为缺损关节软骨的修复提供力学参考。

摘要：目的利用有限元分析与理论模型相结合的方法,研究软骨支架在不同降解周期下的应力松弛行为。方法基于已建立的降解本构模型计算不同降解周期下支架弹性模量;建立软骨支架有限元模型,并进行应力松弛仿真,分析支架松弛应力随时间的变化。建立应力松弛本构模型,对支架力学性能进行预测。结果软骨支架降解14、28、42、56 d时,弹性模量分别为32.35、31.12、29.91、28.74 kPa。软骨支架各层的应力分布表现为上层受力最大;支架整体松弛应力随着时间增加先快速下降,然后趋于平稳;降解56 d时,支架能承受的应力仍在软骨的生理载荷范围内。应力松弛本构模型预测结果与有限元模拟结果吻合较好。结论随降解时间的增加,支架弹性模量逐渐减小。降解时间越长,支架能承受的应力越小。相同降解时间下,施加的压缩应变越大,支架受力越大。有限元仿真和应力松弛本构模型可以有效预测支架降解时的应力变化。

摘要：背景:前期研究利用低温生物3D打印技术制备了丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架,并证明其具有良好的力学性能;研究表明,力学刺激有利于骨骼重塑,并且梯度变化的加载应变有利于成骨细胞和破骨细胞的活化。目的:在压缩应变下,将丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架与软骨细胞共培养,观察细胞增殖变化,并观察丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架修复软骨缺损的效果。方法:采用低温3D打印技术制备丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架,检测支架的孔隙率。将第3代小鼠软骨细胞ADTC-5接种于丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架上,分别进行静态培养与力学载荷下培养:(1)静态培养:设置空白支架为对照,接种1,3,5,7,10,14d,采用MTT法检测细胞增殖;(2)力学载荷下培养:设置空白支架为对照,接种1 d后,对细胞-支架复合物分别施加0%,1%,5%,10%,15%,20%的压缩应变,持续加载3 d,采用MTT法检测细胞增殖,扫描电镜和苏木精-伊红染色观察支架上的细胞分布、黏附和形态。在新西兰兔双侧膝关节制作直径3.5mm的软骨缺损,左侧植入丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架,右侧不植入材料,术后8周观察修复部位。结果与结论:(1)支架孔隙率为(89.3±3.26)%,有利于细胞附着;(2)静态培养5d后,软骨细胞在复合支架表面增殖良好;(3)施加0%,1%,5%,10%,15%,20%压缩应变组支架上的细胞增殖先升高后降低,其中施加10%压缩应变组细胞增殖效果最显著,施加20%压缩应变组增殖效果最低;(4)扫描电镜可见,施加0%压缩应变组软骨细胞多分布在支架表面有凹凸的地方,细胞形态明显,细胞触角伸展充分;施加10%压缩应变组支架受力接触表面上的软骨细胞极少,甚至没有,支架上首层侧面和内部表面细胞分布较多,细胞形态多为扁平状,触角明显;(5)苏木精-伊红染色显示,施加0%压缩应变组软骨细胞集中分布在支架表面,孔隙中几乎没有细胞;施加10%压缩应变组软骨细胞分布在支架孔隙内;(6)未植入支架的缺损处仍为圆形缺损模型,没有明显修复;植入支架的缺损处出现了类似透明软骨,但与周边缺损软骨没有发生粘连结合,新生的类透明软骨独立存在;(7)结果表明,在10%压缩应变作用下,软骨细胞在丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架上增殖良好;丝素蛋白/Ⅱ型胶原蛋白复合支架可用于修复软骨缺损。

摘要：背景:随着3D打印技术在组织工程的快速发展,通过3D打印制备出多种支架材料被广泛用于下颌骨缺损修复,3D打印技术为下颌骨缺损修复带来了新的可能。目的:采用低温3D打印技术构建三维仿生骨支架材料,精确控制支架材料内部结构,并对其进行力学性能分析。方法:在同等体积下,通过改变打印支架线束与线束的交错角度,采用低温3D打印技术分别打印不同角度(30°,45°,90°)的丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架与聚己内酯/羟基磷灰石支架(共6组支架)。单轴压缩力学实验以0.5%/s的压缩速率加载6组支架,压缩至30%的应变,观察应力随着应变的变化关系;应力松弛实验以0.5%/s的压缩速率分别加载至3种打印角度丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架10%,20%,30%的应变,松弛保持时间3h,观察应力随时间的变化关系;蠕变实验分别以2.5,3.75,5kPa的恒定压力压缩打印角度为90°的丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架,蠕变保持时间3 h,观察应变随时间的变化关系。结果与结论:(1)单轴压缩力学实验:对于丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架和聚己内酯/羟基磷灰石支架,相同压缩应变下打印角度为90°支架的杨氏模量高于打印角度为30°,45°的支架。(2)应力松弛实验:当保持压缩速率、压缩应变及压缩角度恒定时,丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应力随松弛时间的延伸先快速降低,然后缓慢降低,随着松弛时间的延长,支架在开始时间段(1600 s以内)应力下降很快,在后期时间段(3700 s)应力降低速度减小,最后趋于平缓;当保持压缩速率、压缩应变恒定时,相对于打印角度为30°,45°的支架,打印角度为90°丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应力初值及趋于平稳时的应力值较高;当压缩速率及压缩角度恒定时,随着压缩应变值增加,丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应力值增加。(3)蠕变实验:随着蠕变时间的延长,90°的丝素蛋白/Ⅰ型胶原/羟基磷灰石支架的应变增加,在初始阶段(500 s内)应变增涨较快,随后应变缓慢增加最终趋于平缓,2.5 kPa下支架的应变变化范围为35%到55%,3.75 kPa下支架的应变变化范围从43%到57%,5 kPa下支架的应变变化范围从45%到57%。

摘要：背景:为了同时修复软骨、软骨钙化层和骨组织,需要设计一种多相支架,加入模仿天然骨软骨组织软骨钙化层的中间层。三相支架的3层结构可以同时重建软骨、钙化软骨和软骨下骨,实现骨软骨修复的一体化。目的:构建丝素蛋白/Ⅱ型胶原/羟基磷灰石三相复合体,研究其理化性质和生物相容性。方法:通过不均匀沉降技术,采用低温3D打印构建丝素蛋白/Ⅱ型胶原/羟基磷灰石三相复合体,检测复合体的孔隙率、吸水膨胀率及力学性能。将小鼠软骨细胞ADTC-5接种于复合支架表面,扫描电镜下观察软骨细胞在支架上的分布、黏附和伸展形态,MTT法检测细胞增殖,苏木精-伊红染色观察细胞-支架复合体形态。结果与结论:①复合支架具有延展性和黏弹性,孔隙率为(97.7±1.5)%,吸水膨胀率为(1410.95±66.55)%,弹性模量为(35.3±2.5)kPa;扫描电镜下可见复合体孔隙网状结构,各孔隙连通性好,大孔径直径(210.5±20.5)μm,小孔径直径(75.5±16.5)μm,孔隙率为(97.7±1.5)%,平均壁厚(92.5±18.5)μm;②共培养3 d后,扫描电镜下可见软骨细胞黏附在支架内部孔隙中,并分泌出大量细胞外基质,细胞形态明显;③MTT实验显示,随着培养时间的延长,支架上的软骨细胞不断增殖;④苏木精-伊红染色显示,共培养3 d后,软骨细胞沿着支架材料内部空隙贴壁生长,形态呈梭形,分布较分散,数量较少;共培养14 d后,细胞数量明显增加,呈集落样生长,可明显看到细胞间连接;⑤结果表明,利用不均匀沉降技术制备的丝素蛋白/Ⅱ型胶原/羟基磷灰石复合体具有良好的理化性能及生物相容性。

摘要：基于四面体DNA框架和G-四链体(G4)结构,利用靶标介导的无酶链置换循环信号放大策略,构建了一种电化学传感策略,用于microRNA-21的高灵敏检测。根据靶标(microRNA-21)序列设计四面体DNA框架发夹探针,当靶标存在时,其与四面体DNA框架上的发夹探针互补配对杂交,进而启动3条发夹DNA的链置换循环反应,在电极表面形成大量的“Y”型DNA。每个“Y”型DNA结构中的2个末端均有G4结构,可与血红素(hemin)形成一种具有类辣根过氧化物酶特性的G4/hemin DNAzyme,催化3,3',5,5'-四甲基联苯胺和过氧化氢的反应并产生较强的电流信号,从而用于microRNA-21的检测。当靶标不存在时,链置换反应无法启动,因而电化学信号较弱。结果显示,在1.00 fmol/L~1.00 nmol/L浓度范围内,峰电流差值(各浓度电流值-空白组电流值)与microRNA-21浓度的对数值具有良好的线性关系,线性方程为ΔI=45.04lgc+756.1,线性相关系数R^(2)=0.9987,检测限为17.92 amol/L。该方法有望用于与miRNA-21相关的肿瘤早期诊断的临床应用。

摘要：目的研究不同胞元结构对多孔钛合金支架静态力学性能和动态力学性能的影响,为临床下颌骨缺损修复支架的应用提供力学理论基础。方法采用3D打印技术制造钻石胞元、立方体胞元和截面立方体胞元结构的多孔钛合金支架,开展支架单轴压缩试验和压缩棘轮疲劳试验,分析不同胞元结构支架的静态和动态力学性能。结果钻石胞元、截面立方体胞元、立方体胞元支架的弹性模量分别为1.17、0.566、0.322 GPa,屈服强度分别为71.8、65.1、31.8 MPa。棘轮应变达到稳定阶段后,截面立方体胞元结构、钻石胞元结构、立方体胞元结构支架的棘轮应变分别为3.3%、4.0%、4.5%。棘轮应变随平均应力、应力幅值和峰值保持时间的增加而增加,随加载速率的增加而减小。结论静态力学性能的评估结果为钻石胞元支架最优,截面立方体胞元支架次之,立方体胞元支架最差;动态力学性能评估结果为截面立方体胞元支架最优,钻石胞元支架次之,立方体胞元支架最差。研究结果为临床下颌骨缺损修复支架的构建提供新思路,也为该支架技术的进一步临床应用提供实验依据。