摘要：为了提高聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)材料颈椎椎间融合器的融合率,本研究利用有限元方法对其进行三维结构的拓扑优化设计。首先建立C3~C7节段的颈椎有限元模型并验证,然后创建C5~C6节段椎间融合器植入和前路钢板内固定的模型。将PEEK融合器设置为椭圆盘型和箱型两种初始设计域。先后进行单工况和多工况下融合器拓扑优化,并结合加权柔度优化。经过两次拓扑优化后,再对融合器的构型提取分析。研究结果表明:PEEK融合器的优化结构为环形,前方缺失,材料集中分布于后部及两侧;当体积分数分别为50%和30%时,融合器优化为多孔径和单一大孔径的形状,前者比后者增加了与终板的接触面积;优化后的融合器通过降低自身应力,增加了内部植骨块所受的应力。本研究通过加权柔度的方法构建的颈椎融合器优化模型,不受初始设计域变化的影响,且可以有效减少应力遮挡,增加植骨块的应力传导,将有助于促进融合。

摘要：通过对大鼠尾吊模型进行改进,研制出一种新型可调节体位的大鼠后肢去负荷悬吊装置,研究模拟微重力效应下体液分布变化对大鼠骨代谢的影响.将36只SD大鼠均分为对照组(CON)、头低位后肢去负荷组(HDT)、水平位后肢去负荷组(HH)和头高位后肢去负荷组(HUT) 4组,实验21天后,利用DXA检测大鼠的骨密度(BMD).模拟微重力效应下的三组大鼠后肢均发生严重骨丢失,其中HH和HUT组后肢BMD显著大于HDT组.实验结果表明,体液分布变化可能在模拟微重力效应导致的骨丢失中起到重要作用,新型大鼠后肢去负荷悬吊装置能够调节大鼠体位(体液)进行模拟微重力效应研究.

摘要：目的利用映射算法以较小计算成本获得3D打印材料孔洞应力集中分布情况,为3D打印材料疲劳寿命预测及结构优化设计的有限元分析提供新方法。方法提取单个孔洞应力集中影响范围内的节点及应力,并计算出各节点的应力集中系数。以寻找最近点的方式将无孔洞模型相应节点的应力值乘以不同的应力集中系数来体现孔洞的应力集中。若多节点映射到同一节点,则乘以多个应力集中系数的平均值;对距离边界较近的点,则乘以边界影响系数。结果材料内部孔洞的映射结果与实际计算结果误差小于8%;而对于自由边界孔洞聚集的情况,误差小于15%。结论映射算法能够有效表征3D打印材料孔洞的应力集中,以较小的成本获得含孔洞缺陷模型的应力分布。该算法为临床植入体优化设计及疲劳分析提供有限元结果。

摘要：目的建立尾吊和压力大鼠实验模型,比较压力与尾吊对大鼠骨骼肌生长的不同影响。方法 36只雄性SD大鼠随机分为3组:正常对照组、尾吊组和压力组,每组分两个阶段(7、14 d)进行观察。实验结束后测量比目鱼肌与趾长伸肌的湿重体重比、肌纤维横截面积和直径,以及血清中IGF-1浓度。结果压力作用7 d与尾吊7 d后,比目鱼肌湿重体重比、肌纤维横截面积、肌纤维直径都较对照组显著减少(P<0.05);压力组分别减少23.52%、14.26%、13.47%(P<0.05),尾吊组分别减少23.52%、33.07%、25.09%(P<0.05)。压力作用14 d后,各指标分别减少20.51%、-10.49%、-5.73%,都低于7 d压力组的减少量(P<0.05);而尾吊14 d后,比目鱼肌湿重体重比减少了46.15%,显著高于7 d尾吊组的减少量。血清IGF-1浓度和趾长伸肌的改变在压力、尾吊组间没有显著性差异。结论压力对比目鱼肌生长影响的过程不同于尾吊。压力作用初期是以炎症反应为主的组织损伤过程,待肌细胞适应压力环境后,可能产生一定的功能适应性生长。因此,在临床上无论假肢接受腔设计还是康复训练,考虑接受腔压力对内部肌肉损伤的影响,将有助于对残端肌肉组织的保护。

摘要：为制备可满足临床需要的可注射磷酸钙骨水泥,以自制纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料作为骨水泥的固相粉体,将柠檬酸、醋酸等按一定比例配置成溶液作为液相,设计正交试验以简化实验,从凝固时间和抗压强度两方面来确定该骨水泥体系的最佳配比。再通过转靶X射线衍射仪、傅立叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜手段分析了各个组分对凝固时间和抗压强度的影响。此外,还通过细胞培养实验评价了最优条件下骨水泥的生物相容性。

摘要：啄木鸟以6～7m/s,加速度约10000×g进行啄木,却不会发生头部冲击性损伤,迄今为止对其生物力学机制尚不明确.本文从材料学角度定量化分析了大斑啄木鸟和蒙古百灵鸟的颅骨及颌骨的骨微观结构、成分组成及材料力学特性,希望从中找出啄木鸟头部骨材料特征对其抗冲击性的作用.利用高分辨率Micro-CT系统和扫描电子显微镜观察了大斑啄木鸟和蒙古百灵鸟的颅骨及颌骨的骨微观结构;利用粉末X射线衍射仪和傅立叶变换红外光谱仪测定了它们的成分组成;利用材料力学试验机测量了材料力学特性.结果表明,大斑啄木鸟具有独特的骨微观结构、成分组成及力学特性,它在长期啄木过程中适应了高频、高加速度冲击环境,并且其头部骨微观结构和力学性能达到了最优化设计.本研究提示,啄木鸟骨材料学特征的特殊性在其头部抗冲击性中发挥了重要作用,为抗冲击性仿生材料的设计提供了线索.

摘要：在交叉学科的研究生实验教学环节中以提高研究生的科研、创新能力为目标,以生物医学工程专业生物技术实验课为例进行教学探索。基于科研活动的内在逻辑规律和生物医学工程的学科特点,充分利用现代信息技术,设计了由浅入深、具有内在联系的立体网状实验内容体系,线上线下混合分层次教学模式和全过程多维度的评价方式。通过点单学习、自主设计、自主实验、开放研究等多种方式,解决对不同背景、层次和科研方向的研究生进行科研能力和科研思维训练不足的问题,同时促进学生的个性化发展。将提升学生自主学习能力、构建专业知识和技能教学体系、训练科研思维模式有机融合在一起,获得了良好的教学效果。

摘要：医工交叉专业重视"厚基础、重实践、善创新"的人才培养要求,突出生物学、医学与工程的融合。对于医工交叉专业的学生,传统的免疫学教学方法已经不适合于这类专业的学生,交叉学科的新特点对免疫学的教学提出了新的要求。提出面向医工交叉专业的学生,免疫学的教学应该明确教学目标、确定相应的教学内容,并且通过专业实践、大学生创新计划和毕业设计等实践活动,实现免疫学教学中理论与实践的有效结合,从而逐步深入,凸显医工交叉特色,探索出医工交叉背景下免疫学实践教学改革的新思路和新方法。

摘要：背景最近,越来越多的研究关注于探索石墨烯基材料促进间充质干细胞成骨分化的潜力。特别是,一些研究致力于研究干细胞在涂有石墨烯或与石墨烯结合的薄膜上的行为变化。三维(3D)石墨烯泡沫促进干细胞向成骨细胞分化的研究逐渐引起人们的关注。然而,与基于石墨烯的基底和泡沫相比,加入石墨烯的3D复合支架的成骨能力一直没有得到研究。目的本研究设计了加入石墨烯的3D丝素蛋白复合支架以研究该支架对大鼠骨髓来源的间充质干细胞(rBMSC)的黏附、增殖和成骨分化的影响。方法利用冷冻干燥法制备含有不同含量石墨烯的石墨烯/丝素蛋白多孔复合支架(0%、0.5%和2%G/SF复合支架)。利用扫描电镜观察不同复合支架的表面形貌和微结构。本研究中还在不同的G/SF复合支架上接种大鼠的骨髓间充质干细胞,利用扫描电镜观察细胞的黏附、增殖情况以及细胞形态。同时,利用免疫荧光染色检测不同支架的成骨相关蛋白(Ⅰ型胶原、骨粘连蛋白和骨钙素)的表达情况。结果扫描电镜结果显示石墨烯很好地分散在丝素蛋白基质中,并且支架的微观结构受石墨烯添加量的影响。将rBMSC接种在G/SF支架上并培养21 d。细胞形态学结果表明0%和0.5%G/SF支架具有良好的细胞黏附和增殖能力。此外,免疫荧光染色结果显示,0.5%G/SF支架上的细胞表达成骨相关蛋白(Ⅰ型胶原、骨粘连蛋白和骨钙素)最高。结论所有数据表明,本研究中制备的0.5%G/SF支架具有促进干细胞成骨的巨大潜力,其在骨组织工程中具有较好的应用前景。

摘要：目的研究不同结构和不同材料硬度的矫形鞋垫对扁平足的矫正效果。方法利用Infoot设备扫描扁平足负重位和非负重位的外形轮廓。通过鞋垫式足底压力测试系统,比较3种矫形鞋垫内侧纵弓高度(类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)和3种材料硬度(30°、35°、42°)对扁平足的作用效果。结果类型Ⅰ鞋垫对提高舟骨高度有效,且在硬度为35°时分散了足底压力集中的区域和增大了内侧足弓的承载面积。结论合适的鞋垫对改善扁平足畸形有良好的矫正作用,研究结果为个性化矫形鞋垫的设计应用提供理论基础。