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增材制造聚醚醚酮/羟基磷灰石多孔植入物骨整合的力学机制
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作者 孙畅宁 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期29-29,共1页
目的增材制造聚醚醚酮(PEEK)/羟基磷灰石(HA)复合材料多孔结构有望使PEEK基骨植入物获得长期稳定的骨整合。然而,在PEEK复合材料中,多孔结构设计对早期和远期骨整合的影响规律尚不清楚。亟需厘清复合材料组分、多孔结构设计和植入物力... 目的增材制造聚醚醚酮(PEEK)/羟基磷灰石(HA)复合材料多孔结构有望使PEEK基骨植入物获得长期稳定的骨整合。然而,在PEEK复合材料中,多孔结构设计对早期和远期骨整合的影响规律尚不清楚。亟需厘清复合材料组分、多孔结构设计和植入物力学环境对骨整合的影响规律,为PEEK复合材料骨植入物的材料和结构设计提供支撑。方法在细胞试验方面,研究了复合材料中HA含量对成骨细胞行为的影响,并探究了其信号通路;在动物实验方面,使用3D打印方法制备了材料组分0~40 wt%HA/PEEK、孔隙尺寸0.2~1.4 mm及3种孔型的支架,通过兔股骨髁动物实验模型研究支架在植入后4~12周的骨整合情况;在生物力学分析方面,通过数值模拟结合实验研究了不同支架的渗透性、力学性能和支架-骨应力传导。结果PEEK/HA复合材料通过释放钙离子激活FAK及其下游蛋白通路,对成骨细胞的增殖、铺展和贴附有促进作用。HA含量对支架的骨整合起到积极作用,40 wt%HA/PEEK复合材料支架的骨整合接近于钛合金支架。结构渗透性对支架早期骨整合有主导性作用,而支架内的远期骨整合主要受支架-骨应力传导效应的调控。结论本文系统地研究了材料、结构和力学环境对PEEK/HA支架骨整合的协同作用机制,为PEEK基复合材料骨植入物的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 骨植入物 动物实验模型 骨整合 增材制造 成骨细胞 羟基磷灰石 生物力学分析 聚醚醚酮
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3D打印金属椎体替代物力学性能评价 被引量:3
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作者 董恩纯 康建峰 +4 位作者 孙畅宁 李涤尘 罗洋 王玲 栗向东 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期76-83,共8页
目的 对钛网及3D打印金属椎体替代物力学性能进行研究,为临床中人工椎体选择与结构优化设计提供指导。方法 通过压缩力学测试,对钛网及3D打印多孔型、桁架型与拓扑型椎体替代物的等效力学属性与结构破坏形式进行系统研究。结果 钛网等... 目的 对钛网及3D打印金属椎体替代物力学性能进行研究,为临床中人工椎体选择与结构优化设计提供指导。方法 通过压缩力学测试,对钛网及3D打印多孔型、桁架型与拓扑型椎体替代物的等效力学属性与结构破坏形式进行系统研究。结果 钛网等效弹性模量[(2 908.73±287.39) MPa]仅次于拓扑型椎体替代物,但其结构强度与稳定性较差,等效屈服强度[(46.61±4.85) MPa]高于多孔型椎体替代物,且在压缩中率先屈服;多孔型椎体替代物结构强度[(18.14±0.17)~(25.79±0.40) MPa]不足,难以满足脊柱重建力学要求;桁架型椎体替代物等效弹性模量[(2 477.86±55.19)~(2 620.08±194.36)MPa]与等效屈服强度[(77.61±0.50)~(88.42±1.07) MPa]良好但稳定性不足,在压缩过程中容易出现失稳现象;拓扑型椎体替代物具有最高的等效弹性模量[(3 746.28±183.80) MPa]与等效屈服强度[(177.43±3.82) MPa],可为人工椎体在体服役安全稳定提供更强保障。结论 拓扑优化方法可实现椎体替代物高强度、高稳定性设计,提供更大的设计空间与安全余量,为人工椎体轻量化与新材料设计提供更多可能。 展开更多
关键词 椎体替代物 钛网 3D打印 力学性能 拓扑优化
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海藻酸钙水凝胶喷射式生物3D打印工艺研究
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作者 连芩 焦天 +3 位作者 连伟龙 严峻腾 王永辉 关志强 《电加工与模具》 2022年第3期50-55,共6页
提出一种利用平行排列的双排压电喷嘴喷射海藻酸钠和氯化钙两种组分的溶液进行大尺寸水凝胶支架制造的方法,研究了不同溶液组分与打印工艺参数对流变特性与喷射性能的关系。研究表明:适合双组分喷墨打印的最佳溶液质量浓度为40 g/L,最... 提出一种利用平行排列的双排压电喷嘴喷射海藻酸钠和氯化钙两种组分的溶液进行大尺寸水凝胶支架制造的方法,研究了不同溶液组分与打印工艺参数对流变特性与喷射性能的关系。研究表明:适合双组分喷墨打印的最佳溶液质量浓度为40 g/L,最佳打印工艺参数组合为电压幅值80~100 V、打印频率0.2~5 kHz。在此参数下完成了尺寸60 mm×30 mm×1 mm海藻酸钙凝胶支架的打印。该打印方法工艺简单、效率高、材料利用率高,有望应用于结构复杂的组织工程支架的一体化制造中。 展开更多
关键词 生物制造 3D打印 多喷嘴 喷墨打印
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皮肤修复生物3D打印的研究进展与挑战 被引量:8
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作者 连伟龙 连芩 +4 位作者 焦天 何晓宁 赵明 胡大海 万敏 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1-18,共18页
皮肤作为人体最大的器官,有着屏障功能、免疫应答、防止水分流失和排泄废物等重要作用。大面积的严重皮肤损伤患者会由于缺乏充足的可移植皮肤而死亡。生物3D打印技术的发展为可移植皮肤的制造提供了解决办法。生物3D打印技术可以定制... 皮肤作为人体最大的器官,有着屏障功能、免疫应答、防止水分流失和排泄废物等重要作用。大面积的严重皮肤损伤患者会由于缺乏充足的可移植皮肤而死亡。生物3D打印技术的发展为可移植皮肤的制造提供了解决办法。生物3D打印技术可以定制化制造功能性的皮肤替代品,有望解决移植皮肤短缺的困难。本文简述了皮肤创伤修复原理,比较了用于皮肤修复的生物材料墨水、细胞和主要的生物3D打印技术,分析了光电技术在3D打印皮肤上的应用潜力,并总结了生物3D打印技术在皮肤修复应用中所面临的挑战和未来的发展方向,提出了光电技术在生物3D打印中的应用需求。 展开更多
关键词 生物3D打印 皮肤 生物墨水 细胞 光电技术
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聚醚醚酮各向异性3D打印对股骨替代物力学性能的影响
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作者 姚思琦 孙畅宁 +2 位作者 王玲 石长全 李涤尘 《医用生物力学》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期276-282,共7页
目的针对材料挤出成形3D打印聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)骨替代物制造工艺存在明显各向异性的问题,以下肢股骨为例,研究不同摆放方式下3D打印PEEK股骨替代物的力学性能。方法在有限元模型中模拟人体步态周期中5种姿态,改变正... 目的针对材料挤出成形3D打印聚醚醚酮(polyetheretherketone,PEEK)骨替代物制造工艺存在明显各向异性的问题,以下肢股骨为例,研究不同摆放方式下3D打印PEEK股骨替代物的力学性能。方法在有限元模型中模拟人体步态周期中5种姿态,改变正交各向异性,计算不同打印摆放方式下股骨应力与变形,并通过力学实验研究3D打印PEEK股骨的安全性与稳定性。结果竖直摆放优于水平摆放方式,此时3D打印PEEK股骨替代物最大应力为46.56 MPa,低于PEEK材料的屈服强度但变形量大于自然股骨,满足服役过程中力学性能需求,而承载稳定性有待提高。结论使用材料挤出成形制造承重骨时应优先采用竖直摆放的方式,3D打印技术在用于承重部位骨替代物时应谨慎考虑其各向异性对替代物服役性能的影响。 展开更多
关键词 3D打印 各向异性 步态 承重骨
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