基于PEKK复合结构植入体的下颌骨缺损重建机理及其实现技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775506
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0507.机械仿生学与生物制造
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Reconstruction of mandibular defects using autograft harvested from healthy bone segment will make second traumatic hurt for patient, and the size of harvested graft is limited. Reconstructions using metal implant may be defeated caused by the implant loosening since the high mechanical properties of metal material activates the ‘stress shielding’effect. Repair by tissue engineering is far from clinical application because of the low mechanical properties of scaffold. So any of the three reconstruction methods could not supply all of the four functions needed in mandibular repairing including initial stability, soft tissue shaping, mastication force supporting and bone grow guiding, which means the mechanical recover can not be realized by the three present methods. . Based on the three grafting methods, a new artificial mandibular graft with hybrid structures based on nondegradable part (including elements of shaping, fixation and supporting) of PEKK biopolymers and tissue engineering scaffold (growing element) is proposed in this proposal. Constructing the mandibular biomechanical model, and explore the biomechanical mechanisms within mandibular reconstruction, bone healing and scaffold guided bone growing, then based on these mechanisms and models, as well as mechanical properties of PEKK material, the structures of nondegradable elements including shaping, fixation and supporting and the degradable scaffold will be available by digital design and topological optimization. Then the processes of 3D printing based on two materials of PEKK and PCL or PLA simultaneously and surface treatment will be investigated and realized for the new artificial graft with hybrid structures. The feasibility for mandibular defect repairing by the new graft will be evaluated by mechanical experiments, biological tests and animal experiments.
下颌骨缺损通过自体骨移植修复需要取健康骨组织而造成二次伤害,而且供骨量有限;金属植入体则由于力学性能太强,易因“应力遮挡”效应而导致松动;而组织工程修复则支架的力学性能较差,离临床应用较远。三种植入技术目前都不能同时提供修复所需的初期稳定性、软组织塑型、咬合支撑及骨生长引导四种功能,无法实现下颌骨的精确力学重建。. 以三种植入技术为基础,提出一种基于PEKK材料非降解部分(包括塑型、固定、支撑单元)和可降解支架(生长单元)的复合结构人工植入体;构建下颌骨的生物力学模型,探究下颌骨缺损重建的力学机制、骨愈合以及支架引导骨生长的生物力学机理,结合PEKK的力学性能,利用数字化设计和拓扑优化技术得到植入体非降解结构和可降解的支架结构;研究同时基于PEKK和PCL或PLA的复合结构植入体3D打印工艺及表面处理工艺,并通过力学、生物学及动物实验验证复合结构植入体用于下颌骨重建的可行性。

结项摘要

本项目针对当前基于自体骨移植和人工植入体修复下颌骨缺损中存在的供体不足、应力遮蔽等问题,探索构建了基于下颌骨生物力学性能重构的植入体结构拓扑优化设计方法;发明了具有塑型、固定、支撑单元和可降解生长单元的复合结构下颌骨植入体,同时发明了一种具有分层多孔结构的下颌骨多孔植入体新型结构;研究了PEKK材料的3D打印工艺及参数优化技术,实现了基于PEKK材料和钛合金的下颌骨植入体的打印制备,以及植入体表面TiO2纳米活性层的构建工艺;开展了体外细胞培养实验和基于比格犬和兔的新型下颌骨植入体的动物实验验证。项目在以下方面取得了重要进展和成果:(1)构建了基于骨非均匀力学性能和肌肉力的下颌骨生物力学模型,发明了下颌骨生物学力性能测量技术,并搭建了测量系统,验证了模型的准确性;(2)提出了基于生物力学重构的下颌骨植入体的拓扑优化设计方法及技术,并发明了具有塑型、固定、支撑单元和可降解生长单元复合结构植入体,通过基于钛合金的植入体动物实验验证了其有效性;(3)探索了PEKK材料的FDM打印工艺及参数优化,构建了适应于下颌骨植入体生物力学性能最优的打印工艺和表面TiO2纳米活性层的构建工艺,体外细胞培养和兔植入实验验证了植入体良好的生物学和生物力学性能;(4)探讨了下颌骨箱体缺损的病变切除参数对下颌骨生物力学性能的影响,发明了箱状缺损修复植入体的设计方法,生物力学性能测试表明了其良好的生物力学性能。项目成果在国际权威期刊Materials Science and Engineering:C (IF=7.328)、Computers in Biology and Medicine(IF: 4.589)、Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials(IF: 3.372)等国际期刊发表论文22篇;申请中国发明专利9项,其中授权专利2项;做大会或特邀报告5次;本项目研究为推动下颌骨缺损修复从外形及功能修复向生物力学性能重构修复提供了技术方法基础。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Thermo-Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforced Shape Memory Polyurethane for Orthodontic Application
正畸用玻璃纤维增​​强形状记忆聚氨酯的热机械性能
  • DOI:
    10.1007/s10856-018-6157-y
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN MEDICINE
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Liu, Yun-feng;Wu, Jian-lei;Peng, Wei
  • 通讯作者:
    Peng, Wei
Biomechanical behavior of mandibles reconstructed with fibular grafts at different vertical positions using finite element method
有限元法不同垂直位置腓骨移植重建下颌骨的生物力学行为
  • DOI:
    10.1016/j.bjps.2018.10.002
  • 发表时间:
    2019-02-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PLASTIC RECONSTRUCTIVE AND AESTHETIC SURGERY
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Cheng, Kang-jie;Liu, Yun-feng;Baur, Dale A.
  • 通讯作者:
    Baur, Dale A.
Low-temperature fabrication of titania layer on 3D-printed PEKK for enhancing biocompatibility
在 3D 打印 PEKK 上低温制造二氧化钛层以增强生物相容性
  • DOI:
    10.1016/j.surfcoat.2021.127158
  • 发表时间:
    2021-04-14
  • 期刊:
    SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Xiao, Fan;Zhai, Yueli;Wang, Wei
  • 通讯作者:
    Wang, Wei
A customized fixation plate with novel structure designed by topological optimization for mandibular angle fracture based on finite element analysis.
基于有限元分析拓扑优化设计的新型结构定制化下颌角骨折固定板
  • DOI:
    10.1186/s12938-017-0422-z
  • 发表时间:
    2017-11-15
  • 期刊:
    Biomedical engineering online
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Liu YF;Fan YY;Jiang XF;Baur DA
  • 通讯作者:
    Baur DA
Development and verification of a constitutive model for human periodontal ligament based on finite element analysis
基于有限元分析的人体牙周膜本构模型的建立与验证
  • DOI:
    10.1080/10255842.2021.1999426
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Wu Jianlei;Liu Yunfeng;Li Boxiu;Dong Xingtao
  • 通讯作者:
    Dong Xingtao

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

基于景观镶嵌模型的景观格局变化及森林破碎化分析——以南京市紫金山风景区为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    西北林学院学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李金臣;刘云峰;李明诗
  • 通讯作者:
    李明诗
吸入不同浓度薰衣草精油对大学生血压的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中华中医药杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李家霞;刘云峰;傅佳;李光武
  • 通讯作者:
    李光武
黑色素瘤缺乏因子2炎性小体在心肌梗死后心肌纤维化中的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    实用医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    靳文;刘云峰;劳钰;李冬义;陈洁琼;刘一炫;赵雅红
  • 通讯作者:
    赵雅红
基于电动油泵的混合动力 CVT 能耗对比分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘云峰;刘云峰;瞿道海;王建德;傅兵;张飞铁
  • 通讯作者:
    张飞铁
新型高密度钻井液加重剂Mn_3O_4的研究及性能评价
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    西安石油大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩成;邱正松;黄维安;侯大炜;刘云峰;毛惠
  • 通讯作者:
    毛惠

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

刘云峰的其他基金

口腔种植稳定性的多因素耦合机制及种植机器人操作参数自适应控制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于形状记忆聚合物的一体式个性化矫治器正畸机理及其实现技术研究
  • 批准号:
    51375453
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
非均匀梯度结构骨组织工程支架优化设计与制造技术研究
  • 批准号:
    50905164
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码