从仿生的角度设计用于指导构建组织支架的单元细胞模块、有限元分析以及3D打印工艺路径规划

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61672363
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    16.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0209.计算机图形学与虚拟现实
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Biomimetic modeling and analysis of computer aided bone tissue scaffolds, an exact copy of tissue anatomical structure may produce the optimal design. However, the limitations of computing and fabrication techniques make such replication impossible. One key area in tissue engineering is the design of three-dimensional bone tissue scaffolds. The micro-architecture of the scaffold greatly influences cell proliferation, migration, and differentiation, which is required for proper bone function and morphogenesis. Scaffolds have several complicated biological constraints, including the integrity of the scaffold structure, micro-structure, and scaffold manufacturability. The complexity of scaffolds requires new approaches and computational algorithms to match the desired criteria for internal permeability, pore size, and connectivity. The project intends to make full use of the interdisciplinary integration advantages of tissue engineering, solid modeling, computational design methods, as well as mechanical and biomedical engineering, By obtaining the biological, biomechanical and biochemical information of the tissue, systematically and deeply from the point of view of bionic design to guide the construction of tissue scaffold unit cell module, analysis and fabrication, including tissue scaffold bionic modeling, anatomical structure reconstruction, quantifying QCT analysis, finite element analysis, 3D printing process path planning based on combination mapping technology and support free extruding deposition for fabrication of tissue scaffolds. Modeling accuracy and competence, scaffold structural integrity and stability, manufacturability will be verified by experiment.
计算机辅助骨组织支架仿生建模与分析中,精确地复制组织解剖结构可以获得最优设计结果,由于计算与制造技术限制使这种精确复制难以实现。组织工程研究领域中一个关键问题是三维骨组织支架设计。支架微结构极大地影响细胞增殖、迁移和分化。支架具有复杂生物约束,包括支架结构完整性、微结构和支架可制造性。支架的复杂性决定了需要研究新的设计方法和计算算法构建符合组织结构内部渗透率、孔隙率和连通性等要求的计算模型。项目拟充分利用组织工程、实体建模、计算设计方法及力学与生物医学多学科交叉融合优势,通过获取组织的生物学、生物力学及生物化学信息,系统而深刻地从仿生的角度设计用于指导构建组织支架的单元细胞模块、分析与制作,包括组织支架仿生建模、解剖结构重建、定量QCT分析、有限元分析、基于组合映射技术的3D打印工艺路径规划和支架自由挤压沉积制作。从建模精度与能力、支架结构完整性和稳定性以及可制造性等方面进行实验验证。

结项摘要

人体硬组织支架仿生原型构建的关键问题为组织微结构孔隙率、渗透率、内部连通性和密度以及生物力学约束和生物学评价,实现几何相容性与生物适应性。项目从仿生的角度设计用于指导构建组织支架的单元细胞模块,以人体胫骨近端为研究对象,首先基于Micro-CT扫描获取0.03mm层厚的DICOM格式数据文件,采用二值化和去噪处理,获取非规则且孔隙与椭圆具有高度相似性的微断层图像;采用最小二乘法椭圆拟合图像孔隙,并对椭圆几何参数进行数据统计分析,探讨相应孔隙上椭圆分布规律,实验得到椭圆短半径趋于0.24mm,长半径趋于0.48mm;选取椭球为多孔支架构建单元体,基于极值点分析三维空间椭圆蜂窝结构,并在此基础上提出了CAD建模与计算机程序设计相结合的快速建模方法;基于四面体结构空间排布方式,通过支柱表面镜像和空间阵列,设计了两种四面体微结构单元体,并建立支架晶格仿生模型;以1×2×2晶胞单元的四面体模型为例,采用钛合金(Ti6Al4V)材料,分析线性静态结构力学性质,并优化微结构参数,建立不同孔隙率下四面体单元支柱直径、支柱长度、弹性模量与最大应力之间的数学模型,使其满足结构力学性能要求;分析四面体结构对支架性能的影响,为进一步优化设计提供理论支撑。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
计算机辅助硅胶假体建模、分析与制作方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    工程科学与技术(原四川大学学报工程科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王素
  • 通讯作者:
    王素

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  • 作者:
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其他文献

行星半径小于4 R⊕的Kepler行星候选体的潮汐演化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chinese Astronomy and Astrophysics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董瑶;季江徽;王素
  • 通讯作者:
    王素
STL模型的分层邻接排序快速切片算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    计算机辅助设计与图形学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王素;刘恒;朱心雄;Wang Su,Liu Heng,;Zhu Xinxiong(School of Transp
  • 通讯作者:
    Zhu Xinxiong(School of Transp
不存在指数不超过1O的区传递7一设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    数学理论与应用
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王素;夏玉婷
  • 通讯作者:
    夏玉婷
近地小行星(162173) 1999 JU3的热惯量和表面特征研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    天文学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余亮亮;季江徽;王素
  • 通讯作者:
    王素
基于有限元法功能梯度材料零件自适应切片算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王素;朱玉明;朱心雄
  • 通讯作者:
    朱心雄

其他文献

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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

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          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]
      
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