摘要：目的血流动力学在维持血管正常功能过程中起着至关重要的作用,当它们发生异常时,就会引起动脉粥样硬化、高血压、动脉瘤等心血管疾病。另外,心血管疾病相关药物的开发面临着巨大的挑战。因此,如何体外构建血流动力学环境可调,同时具有药物筛选功能的微环境一直是个挑战。本研究拟开发一种功能性动脉芯片,能够较为准确的控制剪切力与应变,可以研究不同的受力学响应的相关信号分子的表达,同时,开发的芯片具有控制药物浓度的功能,能够起到药物筛选的作用。方法:使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)设计了一种动脉芯片,该芯片包括上下层通道和中间的薄膜。运用微流控技术,可控制内皮细胞受到的剪切力和应变的大小,不仅能实现定常流,还能实现个性化的生理和病理流动剪切力和应变波形。使用该芯片,研究了这些不同力学环境下Ca2+、piezo1、YAP等生物学响应情况。另外,在可控力学环境下,从浓度,时间等方面控制药物释放。结果实现了动脉芯片对血流动力学环境的调控,人脐静脉内皮细胞在静止、流动和拉伸条件下生长良好,分别测定了Ca2+、piezo1、YAP在不同力学条件下的响应,可进行药物释放的控制。结论设计的动脉芯片具有较为可靠的控制血流动力学和药物释放的功能。

摘要：目的不同器官和组织的血液循环受损是导致肢体缺血,心力衰竭和中风等心血管疾病的主要原因。因此,在复杂结构(如肝脏,肾脏及心脏)内创建血管化的网络至关重要。3D生物打印平台已经成为可在微组织结构中创建高度有序的三维血管网络的优良平台,成功应用于功能性脉管系统的制造以模拟天然血管的力学特性及生物学性能。然而目前通过3D生物打印技术构建的微血管模型存在尺寸与人体真实微血管相差过大,且血管模型成管效果差的问题。本研究拟开发一种3D生物打印技术拟解决以上问题,实现微血管网络的三维生物打印。方法本研究基于微流控的方法,设计了具有个性化的微挤出式的打印喷头并与3D打印平台进行结合,制备出具有尺寸可调的高分辨率高精度的水凝胶纤维以模拟微血管结构,打印微血管网络,而后在流动的条件下培养3D生物打印的微血管,促进人脐静脉内皮细胞自组装成血管。结果生物打印的水凝胶纤维的精度可以达到20微米左右,与人体真实毛细血管尺寸接近,并能通过3D打印平台进行精确的沉积以实现较好的成型,生物打印的人脐静脉内皮细胞存活率较高,并能快速自组装成管状结构。结论本研究提出的3D打印方法有望打印具有功能性的高精度微血管网络。

摘要：目的研究在差异性血液灌注条件下ECMO插管植入对血管内血流流态分布的影响,为后期ECMO下肢插管的优化设计及临床治疗方案的改进提供理论支持。方法使用临床心血管CT数据及临床ECMO插管数据建立ECMO心血管系统模型,以临床数据为基础设计差异性ECMO血液灌注条件(插管输出流量占比分别为100%、80%、60%、40%;20%;0%)。

摘要：目的设计一个基于相引导器的微流控芯片,构建芯片内的界面结构,在芯片内实现不同流体物质的无膜的大面积接触,对界面特征进行一系列研究,为一系列生物界面疾病模型的体外重建提供技术基础。方法利用微流控技术,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基材,设计制作了一个基于相引导器的微流控芯片,通过锯齿形相引导器结构的设计实现了无膜的大面积接触的物质界面,通过控制芯片内构建的PDMS薄膜的变形实现对界面的力学拉伸。

摘要：目的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)是一种生物可降解材料,是聚乳酸(PLA)和羟基乙酸(PGA)的共聚物,具有良好的生物相容性,降解方式为体降解。体降解会带来一个降解不均匀的问题,容易出现某一连接位置快速降解断裂,其余部分并未充分降解的情况,造成支架失效,分块脱落,造成危害。因为PLGA的降解性能主要与其受到的拉应力有关,故通过结构设计和优化,使得支架再植入后的应力分布的均匀性得到改善,从而改善支架的降解均匀性。方法将设计的支架平面展开。

摘要：航空航天、交通、体育运动乃至日常生产生活中人体组织/器官损伤频繁、损伤率较高,但其损伤、修复/康复的评定以及在此基础上的植介入医疗器械或防护、康复装备设计均缺乏理论依据,其根本原因是复杂力学载荷下组织/器官损伤与修复之间关系缺乏定量化描述和参数化准则,进而影响植介入医疗器械与防护、康复装备的有效性评测及创新型设计。

摘要：目的软体机器人因其内在的顺应性,为机器人与人体之间更安全的柔性人机交互提供了新的解决方案,但软体机器人的顺应性为软件机器人的传感和控制带来新的挑战。本文提出一种弹簧增强的软体机器人模块,该软体机器人模块可以感知长度和输出力,为大变形的软体机器人的传感和控制提供了一种新的解决方法。方法该软体机器人模块利用飞行时间测距传感器监测软体机器人模块的长度变化并结合软体机器人内部气压的测量值。

摘要：目的针对主动脉植介入器械造成血管顺应性降低的现象,研究主动脉局部硬化对脉搏波传播反射过程的影响,并探究颈动脉分叉处血流动力学环境的改变,预测术后并发症产生的可能性,为后期植介入器械的改进设计和临床治疗效果的判断提供理论支持。方法使用人体动脉树简化模型和分布式电网络模型仿真脉搏波的传播过程,分析主动脉各段血管发生不同程度的硬化后颈总动脉入口处脉搏波波形的变化情况。

摘要：目的椎弓根钉广泛应用于脊柱融合手术,但骨钉松动、脱出现象时有发生,尤其是对于骨质疏松患者。设计一种新型拉胀椎弓根钉,并根据骨钉与周围骨的生物力学相互作用规律,对拉胀椎弓根钉进行优化设计,以提高椎弓根钉对特定骨的固定性能。方法基于内凹型拉胀单元设计了一种拉胀椎弓根钉。通过设计拉胀单元壁厚和内凹角度来调节骨钉力学性能,并采用有限元方法进行表征。基于3D打印技术,以Ti6Al4V为材料制造骨钉。

摘要：目的基于拉胀单元设计的多孔骨植入体具有负泊松比效应,拥有与骨组织相近力学特性的同时具备良好抗拔出性能。因在宿主体内承受复杂的生理载荷,骨植入体需具备良好的抗疲劳性能,从而为骨组织修复过程提供持续的力学支撑。对负泊松比效应多孔骨植入体在拉-拉循环载荷下的疲劳特性展开探究。方法设计相同孔隙率的拉胀多孔试样和非拉胀多孔试样,以Ti6Al4V粉末为原料、采用选择性激光熔融工艺制备。