摘要：在牙科种植领域常使用的种植体材料多为纯钛或钛合金,然而钛金属种植体存在美学缺陷及潜在的致敏可能等问题.氧化锆陶瓷由于其高强度、美观性与生物相容性被认为是钛金属种植体的理想替代品,但目前国内对于氧化锆种植体的研究仍处于起步阶段.本文通过对氧化锆种植体及骨组织进行有限元建模,并对种植体的动态植入过程进行仿真,分析了骨组织内部的应力-应变状况.结果发现,随着植入深度的增加,种植体与骨组织的接触面积增大,松质骨内应力增加.考虑到骨组织的具体结构,将松质骨内的最大应力-应变作为分析的主要对象,结合损伤分析,对种植体模型进行了优化.此外,还设计了3种具有自攻刃设计的种植体模型,分别进行应力应变分析后确定了最优设计.之后建立了具有自攻刃设计的种植体模型,并模拟了临床的3种植入方案:螺纹成形、螺纹切割、螺纹成形与切割进行分析,通过分析得到螺纹成形与切割种植方案更为安全的结论.本文结果可以指导氧化锆种植体的结构设计以及植入时的条件设定等,为我国自主研发的氧化锆种植体进行了理论指导,为其早日进行临床应用指明了方向.

摘要：目的针对背包重物集中放置在底部的传统集中式负重方式,研究将重物分散放置的非均匀负重方式对人体生理参数的影响。方法非均匀负重分布方式主要将背包空间按上、下、左、右分为4个空间,重物按1/2∶1/2、1/4∶3/4和3/4∶1/4三种比例放在左下和右上两个位置,剩余两个空间用对应体积大小的塑料泡沫填充。利用肌电测量系统和三维运动捕捉系统测量10名健康志愿者以1.1 m/s的速度在跑步机上负重10%自身体重行走30 min前后姿势、肌肉疲劳、心率和血压的变化,以及停止行走后0、5、10和15 min时肌电参数变化情况。结果右上位置负重增加明显,导致斜方肌肌肉疲劳上升和前倾角增大,相同背包重量下非均匀分布方式与传统负重方式对肌肉疲劳的影响区别不大,左下和右上重量比为3/4∶1/4的分布方式对身体姿势影响不明显。此外,将重物同比例左下右上放置比传统负重方式更有利于降低对心率和血压的影响。结论采取合理的重量分布方式可保证躯干姿势不受影响,同时有利于降低对心率和血压的影响。因此,背包设计可考虑重物交叉分布,且对等式分布质量。

摘要：目的开展剪切应力对干细胞内皮向分化的影响研究对于组织工程化血管再生具有重要的意义。前期研究表明,定常层流剪切应力可以促进干细胞内皮向分化,不同的生化因子可以诱导干细胞分化为动脉或静脉内皮细胞,内皮细胞对定常层流和脉动流等不同流动方式非常敏感,因此,本文研究近动脉生理脉动流剪切应力对骨髓间充质干细胞(bone marrow derived mesenchymal stem cells,BMSCs)向动脉内皮细胞方向分化的影响。方法采用密度梯度离心法分离培养BMSCs;利用本实验室自主研制的脉动流细胞力学实验系统对BMSCs加载不同流型和大小的剪切应力;通过免疫组化、RT-PCR、western blotting等检测动脉和静脉内皮细胞相关基因和蛋白的表达等。结果对照组细胞F-actin骨架稀疏、发散、无规律;定常层流剪切应力组沿流动腔方向排列;近动脉生理脉动流剪切应力组在细胞边缘处聚集成束。近动脉生理脉动流剪切应力组比定常层流剪切应力组表达更多的FLK-1、VE-cdherin和t和PA的mRNA;近动脉生理脉动流剪切应力组CD31和vWF蛋白的表达明显多定常层流剪切应力组;剪切应力使BMSCs具有很好的摄取Dil标记乙酰化低密度脂蛋白的能力。另外,近动脉生理脉动流切应力作用后BMSCs表达更多的动脉内皮细胞标志物EprinB2和Cx40,体外更好地形成微管状结构。结论近动脉生理脉动流剪切应力比定常层流剪切应力更好地诱导骨髓间充质干细胞向动脉内皮细胞方向分化,干细胞不仅能感受力学刺激,还能区分刺激的不同形式。因此,在血管组织工程种子细胞研究和生物反应器设计时,流型是需要引起重视的因素。

摘要：目的神经发育的过程中,轴突的延伸与导向对突触的形成起着很重要的作用,有报道微图案技术促进神经元的突起之间的连接,但机制不明。因此,不同微图案上神经细胞生长的研究对神经发育和损伤后的突触功能重建起着很重要的作用。方法采用原代细胞培养技术,进行新生SD大鼠乳鼠的大脑皮层神经元的体外培养,分别种植于设计好的不同的微图案的载玻片上。微图案设计为哑铃型,两端正方形,根据神经元胞体的直径大小,设计边长30μm和40μm。突起宽5μm和10μm。采用免疫荧光染色技术,通过激光共聚焦显微镜检测细胞之间的突起长度,连接角度和连接情况等,为进一步深入探索突起的导向延伸奠定基础。结果制备印章后,选用FN和Laminin铺板,对神经细胞的生长没有显著性差异。另外,采用40μm的哑铃型头,显著性促进对皮层神经元突起连接与生长。突起宽是5μm时细胞突起延伸明显,10μm较大,会造成多个细胞铺展。因此,经过β-Tubulin III染神经元的胞体和突起,检测到微图案设计为40μm哑铃型时能显著增加突起之间的连接与导向,促进神经元的生长。结论微图案技术能够促进神经细胞的突起连接与导向生长,对损伤后神经再生提供了新的科学思路。

摘要：为了能够快速有效地修护空间站等载人航天器舱内的微生物腐蚀材料表面,提出了一种腐蚀材料表面原位修护装置设计方案,从装置原理结构、载荷强度仿真、原理样机验证方面进行了阐述。初步应用验证结果表明:装置具备快速修护功能且操作便捷,能够实现对材料表面菌斑清除后的快速涂抹修护;材料修护装置操作过程中无紫外光泄漏,无臭氧污染,总挥发性有机化合物没有超过密闭舱内的最大允许浓度,具有良好的安全性。该装置的应用有望提升我国载人航天器在轨防控微生物污染与腐蚀的能力。

摘要：对比分析关节盘周围软组织的不同模拟方式对颞下颌关节(TMJ)内各结构的位移和应力分布的影响。选择一位无TMJ症状的志愿者,基于其头部CT扫描建立下颌骨和TMJ的3维有限元模型,关节盘周围软组织分4种方式进行模拟,关节盘及其周围软组织和关节软骨层间考虑接触,施加正中咬合的载荷。结果表明,将关节盘周围软组织建立为实体模型,使得关节盘偏离正常位置,且TMJ的功能区(髁突前斜面-关节盘中带-关节结节后斜面)都是低应力区。将双板区建立为实体模型,关节盘接近正常的位置,但仍没体现出TMJ的功能区应力较高的现象。用非线性缆索元来模拟关节盘前、后附着,关节盘处于正常位置,且髁突和颞骨的最大应力都出现在前部区域,关节盘的最大应力出现在中带。当研究重点是TMJ时,应该采用缆索元来模拟双板区和关节盘前附着,同时考虑关节盘与关节软骨层之间的接触。

摘要：支架或植入体的弹性模量过高会产生应力遮挡效应,引发骨吸收以及后期支架或植入体松动等问题。多孔支架和植入体可以根据需要调整其孔隙率和弹性模量,从而减小应力遮挡,同时多孔结构有利于骨组织的长入,利于骨整合。分别介绍3D打印多孔支架和植入体3种基本结构(均匀多孔结构、类骨小梁结构和功能梯度结构)的设计方法,以及基于计算机辅助设计、隐式曲面、图像、拓扑优化的设计方法,为解决应力遮挡问题和设计3D打印多孔支架和植入体提供参考建议。

摘要：目的通过动物实验研究两种高纯镁骨钉的在体降解速率,为高纯镁骨钉的结构设计提供建议。方法将有、无螺纹的高纯镁骨钉分别植入新西兰大白兔左、右侧股骨髁处。24只实验兔随机分为3组,分别在术后8、12、16周被执行安乐死。通过micro-CT扫描及Skyscan CT-analyser软件分析,比较两种不同形状骨钉的在体降解速率,并分析骨钉降解过程中的应力变化。结果有螺纹骨钉的初始表面积[(31.70±0.06) mm^2]显著大于无螺纹骨钉的初始表面积[(29.56±0.22) mm^2]。两种高纯镁骨钉植入8、12、16周后,有螺纹骨钉的降解体积比依次为(26.01±3.44)%、(33.35±5.05)%、(36.84±6.99)%,无螺纹骨钉的降解体积比依次为(22.53±4.78)%、(31.12±6.59)%、(43.22±9.31)%,在相同时间点,两种骨钉的降解体积比之间不存在明显差异。在骨钉植入的16周内,无螺纹骨钉的降解体积与植入时间呈线性关系,有螺纹骨钉的降解体积随植入时间的增加逐渐减小。结论在低承力环境下,高纯镁骨钉的不同形状设计对其在体降解速率的影响不明显。

摘要：在亚轨道飞行任务中,存在低压、高温、辐射、缺氧等复杂的飞行环境。高空飞行密闭服是实现压力防护、温度防护、工效和生命保障的重要载体,是飞行员高空防护的核心部分。回顾了高空飞行密闭服早期技术验证,论述了高空飞行密闭服的发展演变特征,总结了密闭服的结构实现形式,分析了高空飞行密闭服在设计过程中的低压防护、热防护、操作工效关键技术问题。展望了密闭服的发展,认为未来应进一步在生产工艺、先进材料、新型服装结构等方面进行研究,设计出标准化、轻量化、操作灵活、舒适的高空飞行密闭服。

摘要：目的定量研究力学载荷对高纯镁在体内降解的影响。方法将直径2 mm、长14 mm的圆柱状高纯镁（99. 99 wt.%）试件装配到聚醚醚酮（PEEK）制成的圆环上。PEEK环可使镁试件分别处于3种应力状态：无应力、压应力[（6. 2±0. 6） MPa]和拉应力[（4. 6±0. 1） MPa]。将不同应力状态的试件植入SD大鼠背部皮下4周后取出。通过试件失重、剩余体积、表面形貌和周围软组织染色分析高纯镁的降解行为。结果植入大鼠皮下的高纯镁试件均出现降解,并且被胶原纤维囊包裹。受到压、拉应力的试件与无应力试件在失重和剩余体积上无显著差别。在各应力状态下的试件都趋于均匀腐蚀。结论在体内皮下环境中,PEEK环对高纯镁施加4-6 MPa压、拉应力对高纯镁降解行为无明显影响。研究结果为镁基可降解植入物的设计与临床应用提供理论依据。