雙頻加載裝置的研制及有限元仿真.pdf

1、近年來隨著對生物力學(xué)研究的不斷深入，逐漸形成了一個新興的研究領(lǐng)域“力生物學(xué)”。它是側(cè)重于研究機械力如何調(diào)控組織生物學(xué)形態(tài)和結(jié)構(gòu)，即研究組織如何通過細胞對力學(xué)刺激產(chǎn)生反饋，維持形態(tài)結(jié)構(gòu)并適應(yīng)環(huán)境，此方面研究有利于揭示組織力學(xué)傳導(dǎo)機理，同時為組織工程發(fā)展奠定基礎(chǔ)。合適的力學(xué)環(huán)境是骨力生物學(xué)研究和組織工程化構(gòu)建的重要基礎(chǔ)。
　　 本課題為了尋求和構(gòu)建合適的力學(xué)環(huán)境，根據(jù)組織工程和生物仿生的基本原理，從人體活動的力學(xué)特點出發(fā)，研制出一種

2、用于骨力生物學(xué)研究的雙頻加載裝置。該裝置是模擬：人在行走等活動中對關(guān)節(jié)軟骨施加的低頻-高幅載荷和肌肉、韌帶等組織維持軟骨的形態(tài)結(jié)構(gòu)而施加的高頻-低幅載荷。通過控制升程可調(diào)凸輪和壓電陶瓷的振幅及頻率來實現(xiàn)體內(nèi)生理狀態(tài)下的雙頻力學(xué)環(huán)境。使用微型雙光束平面鏡干涉儀對雙頻加載裝置的輸出位移進行檢測，測試表明該雙頻加載裝置的運行穩(wěn)定，可以實現(xiàn)低頻-高幅載荷疊加高頻-低幅載荷的力學(xué)環(huán)境；此外，使用有限元法對軟骨進行力學(xué)分析，在雙頻加載的條件下，軟骨

3、各層的力學(xué)響應(yīng)各不相同。在高頻10Hz、20Hz與低頻1Hz、2Hz疊加時，軟骨表現(xiàn)出不同的力學(xué)響應(yīng)。軟骨對20Hz的力學(xué)響應(yīng)比對10Hz的力學(xué)響應(yīng)強，但是二者的差異較小；最后，使用生物學(xué)檢驗的方法對雙頻加載的力學(xué)條件進行生物學(xué)方面的評價，實驗表明：該動態(tài)力學(xué)環(huán)境的構(gòu)建加強了軟骨生物學(xué)傳質(zhì)過程。
　　 該裝置的力學(xué)載荷可為骨或軟骨力生物學(xué)研究和組織工程提供新的力學(xué)環(huán)境，將有助于組織力學(xué)傳導(dǎo)機理的研究和組織工程的發(fā)展，還可能為臨床