组织工程骨支架内部微孔结构流场特性分析

作     者：杨立军 张佳 王哲 闫程程 YANG Lijun;ZHANG Jia;WANG Zhe;YAN Chengcheng

作者机构：陕西科技大学生物材料与仿生制造研究所 

出 版 物：《机械工程学报》 (Journal of Mechanical Engineering)

年 卷 期：2018年第54卷第20期

页      面：71-80页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金(50972086) 陕西省教育厅专项(11JK0861) 陕西省自然科学基础研究计划(2018JM5012)资助项目 

主　　题：组织工程骨支架 单胞模型 流动性能 数值模拟 

摘      要：组织工程骨支架内部微孔结构对于营养液的渗入和细胞的长入有着至关重要的影响,也直接关系到支架是否能够代替缺损部位的骨骼,继续发挥其作用与功能。根据骨骼内部微孔结构的扫描电镜形貌设计三种微孔单胞模型,并利用ADINA有限元分析软件对组织工程骨支架微孔单胞模型内营养液的流动性能进行了数值模拟,得到不同类型微孔单胞模型内部流场的压力和速度分布,分析模型参数对营养液平均入口压力和流速的影响规律。结果表明:当营养液从微孔单胞模型的上端流入到下端流出时,最大压力均出现在入口部位且靠近单胞模型壁面处,营养液流速变化趋势是先增大后减少,且最大流速均出现在入口附近。随着连通孔径的增大,平均入口压力值减少,营养液流速值更大,且分布更均匀。对于带孔板-杆单胞和带孔板单胞而言,与连通孔径D相比,中心孔径Ds对平均入口压力和流速的影响很小。通过对比不同类型单胞模型,发现开口杆状单胞模型的平均入口压力更稳定,压力值更小,处于(0.300～0.412)Pa,且营养液流速更大,分布更均匀,且最大流速处于(0.011 8～0.013 1)m/s,更有利于营养液快速均匀渗入和细胞均匀的沉积。所取得的研究结果对组织工程骨支架内部微孔结构的优化设计、后续仿形建模的研究及快速成型制造奠定了基础。