摘要：目的通过数值模拟研究灌流力学刺激对支架降解的影响,实现对降解程度的预测。方法基于灌流实验数据,利用Comsol建立流固耦合模型;采用ABAQUS软件建立支架有限元模型。基于这两种模型,模拟并预测支架的降解性能。结果通过流固耦合仿真发现,15.79 mL/min灌流速度对支架产生的初始压强为7.89 mL/min时的2倍,但沿着支架厚度方向从表面到底层,两者的压强逐渐减小且数值接近;将降解本构及有限元模型相结合,实现了支架结构降解过程的动态仿真,获得的降解趋势数据与实验规律基本相符,在第56天残余分子量可以达到0.643,与实验数据相比,模拟精度高于98%。结论灌流速度越大,支架受到的冲击压强越大;相同灌流速度下,支架表层的受力最大。建立的降解本构及有限元模型可以预测支架的降解规律。

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:Ⅱ型胶原、丝素蛋白和透明质酸3种天然生物可降解材料能够为细胞提供理想的微环境,已成为理想的软骨修复支架材料。目的:将Ⅱ型胶原、丝素蛋白和透明质酸3种材料制备成软骨组织工程支架,评价其理化性质及生物力学性能。方法:采用低温3D打印技术制备Ⅱ型胶原-丝素蛋白-透明质酸复合支架,检测其微观结构、孔隙率与吸水膨胀率。采用不同的应变率对该复合支架进行压缩实验,考察支架的率相关性能;在该复合支架表面施加恒定的应力水平或恒定的应变,保持3600 s,观察其蠕变应变变化及应力松弛行为。结果与结论:①Ⅱ型胶原-丝素蛋白-透明质酸复合支架呈三维多孔结构,孔径大小一致,相通性好,孔隙率为(85.1±1.6)%,吸水膨胀率为(1071.7±131.6)%;②在不同的应变率作用下,软骨支架的压缩应力-应变曲线不重合,说明软骨支架的压缩力学性能具有率相关性;随着应变率的增加,复合支架的杨氏模量增加;③当应力水平恒定时,复合支架的蠕变应变呈现先快速增加后缓慢增加的趋势,当应力水平增加时蠕变应变也增加;④当压缩应变恒定时,支架的应力随着松弛时间先快速降低后缓慢降低,随着压缩应变的增大,不同时刻的应力都增大;⑤力学性能实验表明,制备的Ⅱ型胶原-丝素蛋白-透明质酸软骨支架力学性能特征与宿主软骨组织相似,都是非线性黏弹性材料。

摘要：按一定比例混合Ⅱ型胶原、丝素蛋白与透明质酸3种天然材料,运用冷冻干燥技术与天然软骨下骨交联,制备出同时具有软骨层和软骨下骨层的骨软骨一体化支架。采用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)及非接触数字技术研究分析支架的表观与微观结构,通过压缩试验及循环载荷下的平均应变试验,对支架的力学性能进行检测。结果表明:制备出的骨软骨一体化支架软骨层呈多孔孔隙结构,通透性较好,且具有明显的率相关性;随着压缩速率的增加,支架的弹性模量增加;在循环压缩载荷作用下,支架显示了应力-应变滞环曲线,随着加载圈数的增加,支架表现出明显的平均应变行为,对骨软骨缺损修复具有重要的临床价值。