骨组织工程中传统与仿生支架结构设计的差异

背景:多孔支架作为新骨生长的临时基质在骨修复过程中起着关键作用,其中多孔支架的结构设计是骨修复过程中的研究重点。目的:综述传统支架(规则、均匀的支架)和仿生支架(不规则、不均匀的支架)在骨组织工程研究领域的应用。方法:检索中国知网(CNKI)、维普、万方、Web of Science、Science Direct、PubMed、EI等数据库,选取2008年1月至2024年3月发表的文献,中文检索词为“骨组织工程,仿生支架,骨小梁,传统支架,骨修复,三周期极小曲面”,英文检索词为“bone tissue engineering,bionic scaffolds,bone trabeculae,traditional scaffolds,bone repair,TPMS”。最终纳入81篇文献进行综述。结果与结论:骨支架的结构设计是实现骨修复和骨再生的关键,骨组织工程中的支架技术已取得显著进展。传统的规则多孔支架因简单的制造流程和良好的机械性能被广泛应用,然而这类支架往往缺乏生物活性,难以模拟自然骨组织的复杂微环境,限制了其在促进细胞增殖和骨再生方面的能力。相反,仿生支架通过模拟自然骨组织的结构特征,提供了更适宜的生理微环境,促进了成骨细胞的增殖、分化及新骨的形成,为骨缺损有效治疗提供了新的思路。尽管仿生支架在理论上具有巨大的潜力,但在实际应用中仍面临诸多挑战,支架的生物相容性、生物活性及长期稳定性等因素仍需通过临床试验进行进一步验证。

一种单摆式救援修复仿生机器人的研究

针对矿井、油井等狭小环境下人工与大型器械不便作业的问题,设计了利用单片机控制的单摆式矢量抓取为核心的仿生蜘蛛机器人,用以实现井下特种环境的修复及救援任务。该仿生机器人通过悬挂模拟蜘蛛吐丝与单摆式矢量抓取的方式进行井下避障行进与探测,从而抵达目标地域进行探测修复或基础救援。利用SolidWorks软件对机器人进行了结构设计,制作了实物模型,机器人尺寸为310 mm×250 mm×180 mm,质量为2.3 kg,下降速度为0.5 m/s,抓取力为30 N,矢量推力27 N。试验测试结果表明:机器人可在0°~75°范围内进行单摆抓取。文中研究对于油井等特种环境下机器人的定向修复与人员救援,具有一定参考价值。

仿生自修复电路中基本逻辑单元设计

仿生自修复是一种能够在电路运行过程中自行发现故障、自行修复故障的先进技术,在对可靠性要求较高的航空航天等领域具有广阔的应用前景。设计了仿生自修复电路中最基本的逻辑单元。该逻辑单元可以根据需求灵活配置为各种功能,发生故障时能够自动检测并向自修复控制逻辑报警,从而实现电路的自修复功能。仿真实验和硬件实验表明,所设计的基本逻辑单元能够在增加一定硬件冗余的条件下实现在线检测,并且资源消耗量较少,信号延迟低,满足仿生自修复电路的设计需求。

嵌入式系统门级在线自修复技术研究

为保证复杂电磁环境下嵌入式系统的安全运行,提出一种通用嵌入式系统在线故障自修复模型。基于ARM处理器和商业FPGA芯片实现原型试验系统,借鉴生物系统在遭受一定损伤时能自行康复的特点,结合仿生硬件领域中的内进化试验方法,在原型系统上设计重配置执行单元的门级冗余拓扑结构和自律控制单元的演化修复算法。利用马尔可夫模型评价系统的可靠性与稳态可用度。结果表明,在随机电磁损伤事件频繁发生并导致电路功能故障时,该系统能保持较高的可用度和安全性。

颞下颌关节髁突骨软骨组织修复重建研究进展

颞下颌关节骨关节病发病率较高,可导致髁突骨软骨缺损,但临床修复缺损的方法尚存在不足,骨软骨组织工程修复技术的发展使关节骨软骨缺损的再生修复有了较好的方法,但在修复过程中仍然存在骨软骨复合组织结构仿生修复不足、种子细胞来源及支架材料与宿主组织间免疫反应影响修复质量等问题。干细胞外泌体在骨软骨组织修复中具有重要作用,解决了种子细胞来源不足以及免疫排斥等问题,参与了支架材料与宿主周围组织的免疫反应中巨噬细胞的极化,对髁突骨软骨修复具有重要意义。

仿生骨植入钛网管固定修复兔骨缺损

目的探讨MHA-bBMP仿生骨作为替代骨对有限接触式钛网管固定下兔股骨干缺损模型的修复作用。方法48只新西兰大白兔随机分组,实验组:MHA-bBMP仿生骨+钛网管;对照组:自体髂骨移植+钛网管。于股骨干中段截除10 mm,建立兔股骨干缺损模型,将MHA-bBMP仿生骨/自体髂骨植入骨缺损处加有限接触式钛网管固定修复骨缺损。观察兔一般情况,检测血碱性磷酸酶,进行X线片、病理组织、电镜等观察。结果钛网管组织相容性好,固定稳定有效,两组均修复了骨缺损。两组血碱性磷酸酶、X线片表现、病理组织、电镜检查的数据经统计分析无显著性差异。结论有限接触式钛网管对植入物和骨缺损断端起到可靠的固定作用;MHA-bBMP仿生骨与自体髂骨植入相比较,诱导成骨活性相当。

预埋管灌浆修补混凝土裂缝试验研究

预埋管灌浆是化学灌浆技术结合仿生自修复机理应用于混凝土裂缝修补的一种新的尝试,通过初始粘度和粘结拉伸强度测试选择适宜的环氧树脂浆液配方,采用通长配置2Ф4钢丝和壁厚1㎜中性白玻管的混凝土抗折试块作模拟灌浆试件,以抗折强度恢复率比较预埋管灌浆和传统钻孔灌浆两种不同灌浆方式的修补效果,试验结果表明:预埋管灌浆可达到甚至超过钻孔灌浆的修复效果,但要推广应用于工程实践,还有很多的技术关键有待深入研究和完善。

智能电磁防护材料及技术研究进展

在电磁环境日益恶化及电磁防护技术日益受到重视的今天,智能电磁防护材料的研究已受到各国的高度重视。主要对具有自适应、自修复功能的智能电磁防护材料和生物仿生电磁防护技术的国内外研究情况进行了分析,并对未来的技术发展趋势进行了展望。

混凝土裂缝自愈合的研究与进展

所谓自愈合是指当混凝土结构开裂其本身会自动修复裂缝。本文介绍了混凝土裂缝自愈合的相关研究,包括对混凝土天然愈合能力的研究,仿生自愈合的研究及在水泥基中掺入特殊材料实现自愈合的研究。然后进行了总结分析并对这一领域的研究进行了展望。

MHA-bBMP仿生骨研制和实验研究

目的探讨MHAbBMP仿生骨做为替代骨对有限接触式钛网管固定下兔股骨干缺损模型的修复作用。方法48只新西兰大白兔分为实验组(MHAbBMP仿生骨+钛网管)和对照组(自体髂骨移植+钛网管)各24只。于股骨干中段截除10mm,建立兔股骨干缺损模型,将MHAbBMP仿生骨/自体髂骨植入骨缺损处加有限接触式钛网管固定修复骨缺损。术后观察动物的一般情况,检测血清碱性磷酸酶,进行X线片、病理组织、电镜等观察。结果钛网管固定稳定,两组动物的骨缺损均得到修复,血清碱性磷酸酶、X线片、病理组织和电镜检查数据无显著性差异。结论MHAbBMP仿生骨是一种高效生物活性替代骨,用其修复兔股骨干缺损的效果与自体髂骨相近。

典型胚胎电子系统结构与性能的数学描述方法

为从数学角度分析和研究胚胎电子系统,提出了一种典型胚胎电子系统的数学描述方法。分析胚胎电子系统的结构特点和工作原理,建立电子系统的功能函数和工作状态函数。基于自修复能力和硬件消耗两个指标,建立电子系统的性能函数。利用建立的功能函数、工作状态函数和性能函数实现电子系统的数学描述,进而研究胚胎电子系统的功能判断、可靠性分析、性能评估、结构设计优化、自修复方式选择和预防性维修决策等。结果表明,胚胎电子系统的数学描述方法能够准确地对系统功能、性能和工作状态进行描述,从数学角度对胚胎电子系统开展理论研究。

基于仿生学原理的云资源自主监控系统设计与实现

为了解决现有监控系统因主控节点功能太过集中而导致某些时刻网络流量过大、系统扩展性差和无法及时应对节点失效的问题,提出了一种基于仿生自主神经系统(BANS)的新型云资源监控系统。首先,系统中引入了多级存储、分批上报的机制,将需要上报的监控信息分批次分时段上传汇总,使得在任何单一时刻系统内不会产生过大的流量和负载,保证了系统的稳定性;其次,系统中加入了类动态主机配置协议(DHCP)的主动发现机制以及定期轮询策略,使得系统在处理新节点加入,节点故障问题时,获得了类似仿生自主神经系统一样的自组织、自修复能力。实验结果表明,基于BANS的云资源监控系统实现了自组织与自修复的功能,并且可以有效降低系统内的通信流量,某些单一时刻能将流量降低到仅有原来的三分之一。

快速成型技术在人体骨骼个体化修复中的应用进展

近年来，快速成型技术在人体骨骼个体化修复的应用中取得了重要进展。本文简要介绍了快速成型技术的基本特点。列举了快速成型技术在人体骨骼个体化修复中的先进应用实例，并分析总结了快速成型技术应用于人体骨骼个体化修复中的优势、存在的不足及发展展望等。

隧道二次衬砌混凝土仿生自愈技术应用研究

为减少隧道二次衬砌混凝土运营期间产生裂缝,需在施工过程中采取预防措施,而裂缝自愈合技术正是达到这一目标的有效方法。对形状记忆合金法、空芯光纤及空芯纤维法、微生物矿化法以及胶囊裹覆体自愈技术进行比较,得出微胶囊裹覆体自愈技术具有混凝土拌制方便、胶囊分布均匀、对裂缝反应迅速以及可长期维持等优势的结论。将该技术应用于溧阳焦尾琴旅游综合体隧道施工中,对自愈胶囊材料进行试验检测,对掺加了微胶囊的混凝土抗裂缝效果和自愈能力进行跟踪观测。研究结果表明,掺加了微胶囊的二次衬砌混凝土自愈能力极强;自愈修复体的应力敏感性、高粘结强度和渗透性,使裂缝在出现后的第7 d宽度明显减小,第21 d基本愈合,第28 d全部愈合。