面向牙槽骨增量的增材制造微支架生物力学研究

目的口腔种植修复中,复杂骨增量手术一直是种植外科最具挑战的难题。目前较为成熟的植骨材料结合现有手术技术仍难以企及精准植骨的临床需求。本研究基于胞元流体学结合生物力学原理设计优化植骨微支架的稳定性与成骨性能,并利用增材制造方法制备,最终实现精准植骨。方法首先选取5种不同的多面体构型,通过离散元仿真选取堆积稳定性较高的基本构型。随后设计不同的内部胞元构型,通过流体表面张力仿真及计算流体力学分析其流体生物力学及成骨性能并优化设计参数。最终通过光固化成型技术(DLP)和生物活性陶瓷材料制备所设计的微支架,植入新西兰大白兔颅骨下颌进行动物实验并作成骨效果分析。结果所选取的微支架构型在堆积仿真下形成了较高的自然堆积角,在流体表面张力仿真下表现出可控的流体诱导性能,在计算流体力学仿真下可形成良好的成骨环境。使用DLP和生物活性陶瓷材料成功打印了所设计的支架结构,并经动物实验具有良好的成骨效果。结论本通过胞元流体学及生物力学设计并优化的微支架具有可控的成骨性能及良好的稳定性,有望实现精准植骨的需求,具有临床潜力。