骨支架微结构设计与生物力学性能研究

骨多孔支架可为细胞生长、血液系统生成、多种代谢发生提供场所,在体内可有效传导力学刺激促进成骨。拉胀结构的内凹拓扑结构和负泊松比变形方式使其具有不寻常的生物特性和力学性能,在骨修复中应用具有优势。目的研究拉胀多孔支架结构设计参数对其力学性能与生物学性能的调控规律,为拉胀式骨多孔支架临床应用提供理论依据。材料与方法设计新型结构拉胀多孔支架,采用选择性激光烧结技术对其进行制造。采用力学试验方法对其力学性能进行分析,并建立相应的有限元分析模型与数学解析模型。应用计算流体数值方法分析拉胀多孔支架在载荷作用下的物质传输性能。结果内凹角度可以广泛调节拉胀多孔支架力学性能;力学试验结果与有限元分析结果具有很好的一致性,所建立的理论模型可以很好地表述内凹角度与多孔支架弹性模量、泊松比的关系,可实现拉胀多孔支架力学性能定制化设计;多孔支架的内凹角度有利于内部流体均匀分布;载荷作用下,内凹多孔支架渗透性降低,但壁面剪切力平均值变化明显,这表明其可以更好地实现对细胞的动态刺激。结论通过调控结构内凹角度可实现拉胀多孔支架力学性能与生物学性能的可控设计,可为研发性能定制化骨多孔支架的临床应用奠定基础。