钛合金-生物活性陶瓷复合人工骨的微结构仿生设计与快速制造

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51165044
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    50.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0506.机械设计学
  • 结题年份:
    2015
  • 批准年份:
    2011
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2012-01-01 至2015-12-31

项目摘要

组织工程化人工骨是骨缺损修复领域的一个研究热点,而大段承重活性人工骨的研究又是其中一个难点。本项目以钛合金-生物活性陶瓷复合人工骨支架的仿生拓扑优化设计与快速制造为研究对象,对其中的关键科学问题进行研究,具体内容包括:通过对人体骨微结构与生物力学性能的研究,建立具有仿生特性、微结构可控的复合人工骨支架模型,探索复合人工骨结构的仿生拓扑优化设计新理论;构建复合人工骨支架快速成形制造平台,研究钛合金与β-TCP(β-磷酸三钙)复合成形制备人工骨支架的新方法,并揭示材料结合方式与界面对支架生物与力学性能的影响规律;研究复合支架中的钛合金网架分布和微观结构对β-TCP的降解与骨化过程的影响,以及这一过程对人工骨力学与生物性能的影响规律。本项目旨在探索大段承重复合人工骨支架的优化设计新理论与制造新方法,实现生物陶瓷基质材料降解速率与骨组织生长速率相匹配的同时,使人工骨支架的结构具有最佳力学性能。

结项摘要

本项目对钛合金-生物陶瓷复合结构的组织工程化人工骨支架的微结构设计与3D打印制备等方面的关键科学问题进行了研究,主要结论如下:.对微结构对支架力学性能的影响进行了研究。分析了陶瓷支架的微流道直径、形式、分布尺寸、间距、宏观孔隙率等设计参数对其力学性能的影响规律。随着支架宏观孔隙率的增加,最大等效应力与总变形呈增加趋势;孔间距增大,最佳应变比随之增大。随着Z向孔间距的增大,最大等效应力和总变形也呈增加趋势,最佳应变比变化不大;在正交微流道支架中,X、Y向孔径减小,最大等效应力和最大总变形减小,最佳应变比增大;Z向孔径增大使最大等效应力减小,最大总变形和最佳应变比增加;细化轮辐形微流道可使支架的变形和应力趋于均布,且细化区域应力较小;适当的剪切应力有利于微流道中的细胞增殖,微流道的孔径的大小是影响剪切应力的重要因素。.复合结构支架的力学性能与其中钛合金部分的立柱受力面积有密切的关系,生物陶瓷部分的承载能力低,主要为细胞的生长提供微环境。增加钛合金支架的立柱列数和直径、横梁层数能提高支架的抗压能力,而横梁直径的影响较小。增加层数可使支架微单元的长径比减小,使支架稳定性提高。随着钛合金支架立柱受力面积的增加,生物陶瓷部分的最大等效应力和总变形减小。支架的力学性能最终应与人骨的生物力学参数相匹配,只有弹性模量及其强度极限与人体股骨的强度极限相近的支架才可以被采用。复合结构人工骨支架的制备过程中,温度控制是确保成形质量的关键因素。.研究了股骨干缺损修复时人工骨支架的仿生拓扑优化设计。分析了正常股骨的受力特点,并以此为依据通过拓扑优化的方法对支架结构进行了设计。除了在外形上与植入部位相一致外,还根据植入部位的原始受力情况设计了支架结构,使其与植入部位周围的骨组织的力学性能相匹配,实现了力学仿生。根据拓扑优化的等值面图重构了复合结构支架中的钛合金支架。.对股骨骨折的锁定接骨板系统进行了生物力学研究。螺钉数量与分布对股骨-接骨板系统的固定稳定性有影响,距断面最近的两个螺钉对系统稳定性起关键作用。接骨板工作长度越短,系统的稳定性越强,但同时会导致应力增加,接骨板断裂的风险增加。.支架的细胞相容性实验与细胞毒性实验证明出细胞可以在制备的人工骨支架上生长,并且进行了增殖,说明支架有利于细胞的生长和增殖。将在3D打印方面的部分研究成果应用于合作单位的辅助手术中,取得了良好的结果。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
人骨髓基质干细胞的单细胞克隆培养与鉴定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国组织工程研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐建丽;李旭升;胡蕴玉;王臻
  • 通讯作者:
    王臻
组织工程化人工骨支架的结构优化设计研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    实用医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王娟;乌日开西·艾依提;滕勇
  • 通讯作者:
    滕勇
基于3D打印的钛合金-生物陶瓷复合结构人工骨支架设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    电加工与模具
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨文静;王娟;乌日开西·艾依提;滕勇
  • 通讯作者:
    滕勇
基于3D打印的CPC人工骨支架流道结构设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    机械设计与制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨文静;乌日开西·艾依提;王娟;滕勇
  • 通讯作者:
    滕勇
3D打印技术在足部骨折辅助手术中的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    机械设计与制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩曼曼;乌日开西·艾依提;滕勇;张文举
  • 通讯作者:
    张文举

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其他文献

FDM式3D打印技术研究进展
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  • 期刊:
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  • 作者:
    秦瑞冰;乌日开西·艾依提;滕勇
  • 通讯作者:
    滕勇
成型温度对3D打印人工神经导管工艺精度影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    机械设计与制造
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    --
  • 作者:
    段营;乌日开西·艾依提
  • 通讯作者:
    乌日开西·艾依提
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  • 期刊:
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  • 作者:
    赵小永;乌日开西·艾依提;艾合买提江·玉素甫
  • 通讯作者:
    艾合买提江·玉素甫
3D打印骨水泥塑型器在修复四肢骨缺损中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国修复重建外科杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    亚穆罕默德·阿力克;阿依古丽·喀斯木;阿里木江·阿不来提;艾合买提江·玉素甫;乌日开西·艾依提
  • 通讯作者:
    乌日开西·艾依提
人工神经导管的制备技术研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    实用医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董兰兰;乌日开西·艾依提;艾合买提江·玉素甫;亚穆罕默德·阿力克
  • 通讯作者:
    亚穆罕默德·阿力克

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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