摘要：采用电子束熔化(EBM)成形工艺,制备蜂窝状多孔Ti6Al4V植入体,分析测试其微观孔隙结构特征、孔隙率和力学性能.通过扫描电镜观测,发现所制备的多孔钛合金植入体具有三维连通孔隙结构,与设计结构相符合,但整体发生了收缩,收缩率约15%.测得多孔植入体的孔隙率为61.5%,相应的抗压强度为172 MPa,弹性模量为3.1 GPa,与人体骨组织弹性模量十分接近.证明EBM技术能够实现对多孔钛合金植入体外形与内部孔隙结构的控制,适用于骨科内植物的制造.

摘要：目的研究局部应用靶向肿瘤坏死因子α(TNF-α)的小干扰RNA(siRNA)对磨损颗粒诱导的无菌性炎症的抑制作用。方法构建重组慢病毒载体,设计靶向TNF-α的siRNA序列和错配序列各1条。建立小鼠气囊模型,气囊内注射聚甲基丙烯酸甲酯颗粒诱导无菌性炎症反应。将建模后的小鼠随机分为3组,每组12只,分别在小鼠气囊内注入TNF-αsiRNA(TNF-α组)、错配siRNA(MS组)和PBS(对照组);慢病毒转染后第14和28天每组各处死6只小鼠,取出气囊组织。采用Real-Time PCR法检测气囊中TNF-α、IL-1β和IL-6 mRNA的表达;ELISA法检测TNF-α蛋白的含量;组织学检测气囊壁厚度和炎症细胞计数;活体荧光成像定量分析绿色荧光蛋白(GFP)荧光的强度和分布。结果慢病毒介导TNF-αsiRNA的局部应用显著降低了TNF-α组中TNF-α、IL-1和IL-6 mRNA的表达(P<0.01),也降低了TNF-α蛋白的含量(P<0.01);TNF-α组炎症反应(囊壁厚度和细胞浸润)显著减弱(P<0.05或P<0.01)。活体荧光成像显示,GFP的表达局限于气囊局部,TNF-α组和MS组荧光量比对照组升高5倍左右。结论局部应用TNF-αsiRNA可有效抑制磨损颗粒诱导的无菌性炎症,且无全身性不良作用。

摘要：基于电磁耦合原理设计了一套应用于植入式医疗设备经皮能量充电系统,解决了因拖缆供电或更换电池而多次手术的不便和隐患。建立了传输链路等效模型,分析了线圈品质因数和接收端等效负载对系统传输效率和接收电压的影响,优化线圈设计,设计了隔离式电池管理充电电路。实验结果表明,新式14股双层Litz线串联线圈性能满足实际应用要求,在有效充电距离10～38 mm内,最大接收功率和传输效率分别为2 400 mW(23 mm,54%)和81%(11 mm,870 mW)。此外,针对不同的充电过程中等效负载电阻的变化,系统无需复杂的控制电路,依靠自身的阻抗特性响应即可保证体内接收电压均在安全范围内变化。

摘要：设计了一套血管生物反应器系统,采用有限元的方法对组织工程小血管托架材料进行了分析,从而开发完成了一套用于构建直径为2 mm的小血管托架;通过收集人的原代骨髓基质干细胞(hBMSCs)和脂肪基质干细胞(ADSCs)进行体外扩增和培养,并选用第3代细胞与聚羟基乙酸酯(PGA)复合后置于血管生物反应器中动态培养;在生物反应器中动态培养4周后,对材料复合物进行取材,分别进行大体观察、HE染色和扫描电镜等指标检测。结果表明:血管色泽明亮,有一定的弹性,细胞分泌的胶原基质排列较规则,免疫组化结果表明血管含有平滑肌弹性肌动蛋白的成分。说明改进的血管生物反应器能模拟血管的力学环境,并能利用人骨髓间充质干细胞和脂肪基质干细胞成功构建组织工程小血管组织。

摘要：分析了骨骼肌和气动肌腱的力学特点,确定以能模拟肌肉运动的气动肌腱作为肌腱生物反应器的动力元件,并开发肌腱生物反应器的控制系统和测量系统的软硬件,设计细胞培养室及换液系统,形成了一套完整的肌腱生物反应器系统。采用鸡的趾深屈肌腱细胞构建组织工程肌腱。通过工程化肌腱的构建实验表明:整个肌腱生物反应器系统运行良好,并能成功培养组织工程肌腱达12周。

摘要：为了提高降、复温速率和实现样品环境氛围可控,本文研制了新型低温显微成像冷冻平台。该冷冻台腔的技术方案是将生物样品放置在独立的小型环境舱内,其内部气体氛围可控,外部采用真空腔体绝热,腔内安装有液氮热沉。通过步进电机控制环境舱与液氮热沉的接触或分离,分别对应高速降温和复温(借助电加热)。通过模拟计算对设计结构进行优化,整个系统降温速率最高可达1500℃/min,不仅实现了冻融瞬态过程可视化,也实现了样品环境氛围的可控性。

摘要：设计用于反馈式人工肛门括约肌的无线经皮供能系统,从理论和实验2个方面对基于磁耦合谐振的无线能量传输这一前沿技术进行研究。接发线圈均采用平面螺旋结构沿磁芯表面绕制而成。为了在体外供电时耦合链路能够较好地处于谐振状态,减少由于位置变化或人体组织干扰可能带来的频率分裂现象,系统加入了半自动闭环反馈控制环节,在此基础上进行了大量的离体和活体动物实验。实验主要围绕线圈的选择、传输水平、传输路径、障碍物对传输性能的影响,表明在直径分别为6 cm和3.5 cm的初级和次级平面螺旋线圈作用下,设定固有频率230 kHz,实现了发射功率2 W,最大传输效率达82%,在10～15 mm距离内效率仍有63%～75%的能量传输,满足了该植入式器件的用电需求。

摘要：本文研究和设计了磁耦合离心血泵的控制系统,简要介绍了磁耦合离心血泵的结构和原理,分析了人体体循环模型。血泵性能的优劣不仅和结构材料有关,控制算法也对其有很大的影响。针对无刷直流电机,研究了电机电流双闭环控制算法;为了在不同的工作状态下算法能够自适应参数的变化,采用了自整定模糊PI控制算法,给出了模糊规则的设计方法。利用Matlab Simulink组件仿真电机控制系统检验算法的性能,并简要介绍了算法在硬件系统上的实现方法。最后搭建硬件平台进行实验,证明了自整定模糊PI控制算法能大大改善血泵的动态和稳态性能,实现了电机转速和血泵流量的稳定和可调。

摘要：近年,国内外开展了人工肛门括约肌系统的研制,为临床上根治大便失禁提供全新的方法和手段,但现有的系统在假体结构、便意重建和血供安全方面存在诸多缺点。为此,设计了反馈式人工肛门括约肌系统,其柱囊式括约肌假体采用生物材料制作,内置生物压力传感装置重建便意感知,实现排便报警,手持遥控端,控制双向滚轮式医用微泵定量地抽吸储液囊腔中的液体,从而实现假体对肠壁的咬合和释放。系统采用集成化封装,并经皮能量传输对体内系统供电。然后,从血供安全角度出发,借助猪大肠离体实验推导出阈值,并经活体动物实验,考察肠道血供安全、植入技巧和动物管理等信息。离体实验表明,系统能够有效地抑制肠道内容物渗漏,实现了对肠壁咬合压力的均匀分布(6.22～7.16 kPa),从血供安全的角度确定了排便阈值(12.9 kPa)并重建了反馈式排便感知;活体动物实验验证了可行性和有效性,运行稳定。

摘要：设计一款基于生物信号反馈机制的智能化可遥控式人工肛门括约肌系统。所设计的蠕动式微型医用泵在3.3 V驱动电压下,最大流量为8.5 mL/min,最大封闭压可达170 kPa。新型括约肌假体在较小注水量(9～10.5 mL)的情况下,可实现对肠壁作用压的均匀分布(3.34～7.26 kPa),符合人体肠道生理结构和安全压力阈值的要求,避免由于局部高压导致的缺血性坏死。人工括约肌系统采用体内充电电池、体外无线经皮能量充电的供电方式,实现系统的完全植入式移植。离体实验结果表明,该系统可以有效地抑制肠道内容物渗漏,成功建立排便感知信号,从而为严重肛门失禁、结肠造口等肛门功能严重缺失的患者提供一种人性化的治疗方案。