培養(yǎng)物袋裝滾動加載的生物反應器研制及有限元仿真.pdf

1、目前,已經(jīng)有很多物理因素如電磁場、超聲波、離心力、微重力等用于組織或細胞的體外培養(yǎng),其中直接的力學刺激更合適功能化軟骨的構建。當前用各種力學刺激的生物反應器構建出的組織工程軟骨在功能及理化性等方面上都不能滿足臨床需要。本課題根據(jù)軟骨的實際運動和真實受載情況,研制了一種低污染的袋裝滾壓加載的生物反應器。該生物反應器能實現(xiàn)連續(xù)可調的壓縮量和對載荷速度、頻率的控制,并且將培養(yǎng)物放在培養(yǎng)袋中加載大大降低了污染的概率。
　　 參考人體膝關

2、節(jié)軟骨生理結構及人體正常行走時膝關節(jié)生理軟骨的運動狀態(tài),使用有限元分析軟件建立了關節(jié)軟骨多層復合材料的滾壓運動有限元模型,模擬袋裝滾壓加載(有膜)、直接加載(無膜)構建兩種軟骨模型,從有膜無膜、軟骨壓縮量、滾動速度三個角度對比分析了滾壓載荷下軟骨的位移、應力分布及差別。有限元仿真表明:一、在軟骨組織工程構建中培養(yǎng)袋薄膜的膜彈性模量應有一個合適的值；二、當滾動載荷速度較大時,兩種模型軟骨所受的Mises應力值和位移大小基本相等,膜對軟骨受

3、力的影響可以忽略。當滾動載荷速度較小時,有膜模型條形軟骨所受的Mises應力值和位移值較無膜模型稍小,我們根據(jù)這微小的差別,在加載時可以進行相應的推算,使得有膜模型條形軟骨獲得和無膜模型相同的位移壓縮量,相對準確地控制生物實驗部分對軟骨施加的壓縮量；三、在相同的滾壓速度,不同壓縮載荷下有膜無膜兩種模型中各層軟骨所受的Mises應力值相差很小,也就是在條形軟骨上覆蓋一層薄膜對于條形軟骨所受的Mises應力影響可以忽略。四、有膜模型中滾壓載

4、荷經(jīng)過軟骨各層固定部位考察點時,此點所受的Mises應力、主應力、剪應力值出現(xiàn)一定的正負交替現(xiàn)象,即軟骨發(fā)生交替的壓縮和拉伸,該變形類型在一定程度上符合人體膝關節(jié)軟骨日常走路時其所處的變形狀態(tài),這種力學刺激可能利于軟骨組織功能化的構建。通過對關節(jié)軟骨袋裝滾動加載過程的有限元仿真,能為行離體軟骨的體外培養(yǎng)實驗中培養(yǎng)袋材料參數(shù)的選用提供一定理論依據(jù)。
　　 獲取未成年大白兔膝關節(jié)的軟骨作為研究對象,通過培養(yǎng)物袋裝滾壓加載生物反應器施

5、加載荷初步研究該載荷對離體軟骨的力學影響。切片顯示:培養(yǎng)時間為14d的離體軟骨生長增加量高于7d的；動態(tài)滾動加載組即實驗組的生長情況好于靜置培養(yǎng)組即對照組。這表明滾壓載荷能夠促進離體軟骨的生長,這為構建功能化組織工程軟骨可能提供了一種新方法。
　　 本論文闡述了研制的培養(yǎng)物袋裝滾壓加載生物反應器,通過有限元仿真獲取實驗條件及培養(yǎng)物力學狀態(tài),并進行離體軟骨培養(yǎng)的生物學實驗初步研究了滾壓載荷對離體軟骨的影響,探索了軟骨組織工程的力學