生物仿生支架设计及制造分析

目的随着人口老龄化及骨创伤疾病的增加,对人工骨支架的需求日益增加。受传统优化设计方法及制造工艺的限制,当前设计的骨支架普遍存在弹性模量过高、应力遮挡、各向异性行为匹配性差以及渗透性低等问题。因此,如何设计出与天然骨组织性能相似的新型骨支架以较好地解决骨缺损修复问题仍是当前挑战性问题之一,也是本文的研究目的。方法采用先进的移动可变形组件法(MMC)设计新型非周期性仿生骨支架。以人体腰椎骨组织为目标,设计不同类型的骨支架,并且采用结构弹性矩阵、渗透性仿真等方法评估骨支架的力学性能及渗透性。采用选择性激光熔融技术对支架进行增材制造,再利用扫描电子显微镜(SEM)评估其可制造性。结果新型骨支架具有良好的各向异性力学性能,其弹性常数与目标骨组织相比的最大误差仅为8.98%。新型骨支架具有良好的渗透性,在孔隙率为62%时,骨支架渗透率可达3.7045×10^(-8)m^(-2),比相同孔隙率的Schwarz P结构高了一个数量级;SEM图像表明新型骨支架具有良好的可制造性。结论通过MMC方法设计出的新型仿生支架具有良好的力学性能、渗透性和可制造性,能促进骨细胞的生长和再生,可在医疗植入物和骨修复等生物医学工程领域发挥重要作用。