基于细胞黏附的不同微结构3D打印多孔生物支架流体力学有限元分析

作     者：吴其右 崔博宇 夏炜 刘亦洪 WU Qiyou;CUI Boyu;XIA Wei;LIU Yihong

作者机构：北京大学口腔医院综合科北京市100081 瑞典乌普萨拉大学材料科学与工程系瑞典乌普萨拉75121 

出 版 物：《组织工程与重建外科》 (Journal of Tissue Engineering and Reconstructive Surgery)

年 卷 期：2024年第20卷第3期

页      面：293-299页

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52111530189) 

主　　题：有限元 微结构 3D打印 生物支架 细胞黏附 流体力学 

摘      要：目的研究不同孔形态结构的3D打印支架应用于骨再生时对细胞黏附的影响。方法利用MSLattice软件设计四种具有不同孔形态的支架结构,分别是立方形(Cubic)、六边形(Hexagon)、钻石形(Diamond)和螺旋形(Gyroid)。利用有限元分析(Finite element method,FEM)和计算机流体建模(Computational fluid dynamics,CFD)的原理,使用Simenns Star CCM+软件对四种支架内部流体域进行组织液流动模拟,模拟细胞黏附过程,测量支架内组织液流速和压力、组织液的渗透率和黏附层厚度。结果当液体流经四种支架后,压力会被逐渐削弱,但由于支架相对规则,压力均呈现出梯度分布,组织液流经四种支架前的压力值模拟按顺序依次为:GyroidCubicDiamondHexagon。流速:CubicGyroidDiamondHexagon。四种支架的渗透率:DiamondHexagonCubicGyroid。黏附层厚度:GyroidHexagonCubicDiamond。结论流体力学分析结果显示,Gyroid支架具有更低的渗透率和最高的黏附层厚度,更有利于细胞黏附。