生物陶瓷-鈦合金人工骨微結構的設計研究.pdf

1、骨組織工程支架的結構對于人工骨的成骨性能起著至關重要的作用，人工骨支架需要具備三維連通的微孔結構和合適的力學微環(huán)境。常用的人工骨支架材料包括聚合物、生物陶瓷、鈦及其合金等，其中生物陶瓷材料一般均具有良好的生物相容性和降解性，但是力學強度不足使得其在大段承重骨缺損部位的支架應用中受到限制，而鈦合金材料擁有良好的力學性能，生物性能與其他合金材料相比較好，但與生物陶瓷相比仍較差。為了使支架同時具有良好的生物性能和足夠的強度，故本文對生物陶瓷-

2、鈦合金人工骨的微結構進行了研究。
　　本文對單一材料磷酸鈣骨水泥（CPC）人工骨支架的流道結構和微孔結構參數(shù)進行了設計與優(yōu)化。利用 UG8.0軟件建立了擁有不同主流道的輪輻形人工骨支架的三維模型，并利用ANSYS對其進行靜力結構分析，在此基礎上對人工骨支架的結構進行重新設計并優(yōu)化，分析得到了不同主流道和各結構參數(shù)對支架的宏觀孔隙率和力學性能參數(shù)的影響規(guī)律，為支架結構的進一步優(yōu)化設計提供參考。
　　對鈦合金人工骨支架結構中橫梁

3、和立柱的直徑與分布對支架力學性能的影響作前期研究，對鈦合金支架的結構進行了設計。建立橫梁和立柱的直徑和分布均不同的鈦合金支架模型，采用選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術對其進行制備，對制備的支架進行力學壓縮實驗分析，測出各支架的力學性能參數(shù)，后期對各支架的有限元模型進行靜力結構分析。結果表明增加立柱直徑和橫梁層數(shù)時，支架的力學性能得到提高。
　　為了進一步研究鈦合金支架在橫截面積相同的情況

4、下，支架的外觀形狀、立柱直徑和分布、橫梁層數(shù)對支架力學性能的影響，設計了15種不同形狀、不同立柱直徑和分布和不同橫梁層數(shù)的支架結構。同樣采用SLM技術制備，制備參數(shù)與前期一致，對支架進行力學壓縮實驗，利用萬能材料實驗機、高速攝像機和三維光學散斑測量儀同時對支架進行測量。對實驗結果分析得知，支架的外觀形狀和橫梁層數(shù)對支架的力學性能參數(shù)影響較大。
　　在股骨三維模型中的股骨干某一位置沿股骨干方向提取20mm的骨缺損，欲采用多孔鈦合金支