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骨组织工程中传统与仿生支架结构设计的差异

中国组织工程研究 2025年第16期29卷 3458-3468页

作者：赵越许燕周建平张旭婧陈宇彤靳正阳印治涛新疆大学机械工程学院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830047

背景:多孔支架作为新骨生长的临时基质在骨修复过程中起着关键作用,其中多孔支架的结构设计是骨修复过程中的研究重点。目的:综述传统支架(规则、均匀的支架)和仿生支架(不规则、不均匀的支架)在骨组织工程研究领域的应用。方法:检索中... 详细信息

背景:多孔支架作为新骨生长的临时基质在骨修复过程中起着关键作用,其中多孔支架的结构设计是骨修复过程中的研究重点。目的:综述传统支架(规则、均匀的支架)和仿生支架(不规则、不均匀的支架)在骨组织工程研究领域的应用。方法:检索中国知网(CNKI)、维普、万方、Web of Science、Science Direct、PubMed、EI等数据库,选取2008年1月至2024年3月发表的文献,中文检索词为“骨组织工程,仿生支架,骨小梁,传统支架,骨修复,三周期极小曲面”,英文检索词为“bone tissue engineering,bionic scaffolds,bone trabeculae,traditional scaffolds,bone repair,TPMS”。最终纳入81篇文献进行综述。结果与结论:骨支架的结构设计是实现骨修复和骨再生的关键,骨组织工程中的支架技术已取得显著进展。传统的规则多孔支架因简单的制造流程和良好的机械性能被广泛应用,然而这类支架往往缺乏生物活性,难以模拟自然骨组织的复杂微环境,限制了其在促进细胞增殖和骨再生方面的能力。相反,仿生支架通过模拟自然骨组织的结构特征,提供了更适宜的生理微环境,促进了成骨细胞的增殖、分化及新骨的形成,为骨缺损有效治疗提供了新的思路。尽管仿生支架在理论上具有巨大的潜力,但在实际应用中仍面临诸多挑战,支架的生物相容性、生物活性及长期稳定性等因素仍需通过临床试验进行进一步验证。

关键词：骨组织工程仿生支架骨小梁传统支架骨修复三周期极小曲面拓扑优化结构设计单胞阵列

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新型混编支架的制备与径向支撑力学行为

中国组织工程研究 2025年第16期29卷 3440-3448页

作者：薛广明木合塔尔·克力木李洪新疆大学机械工程学院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830047

背景:编织支架因良好的柔顺性被广泛应用于狭窄动脉的治疗,但在提供足够的径向支撑性能方面存在明显局限。目的:针对单一材料制成的编织支架存在径向支撑力不足的问题,采用不同力学参数的生物可降解材料混合编织支架,探究影响混编支架... 详细信息

背景:编织支架因良好的柔顺性被广泛应用于狭窄动脉的治疗,但在提供足够的径向支撑性能方面存在明显局限。目的:针对单一材料制成的编织支架存在径向支撑力不足的问题,采用不同力学参数的生物可降解材料混合编织支架,探究影响混编支架径向力学性能的影响因素。方法:在镁合金支架中引入铁合金纱线,采用有限元分析法对不同编织参数的混编支架进行参数化分析,通过与0.18 mm直径镁合金纱线制备的普通支架进行对比,评估其径向支撑力、径向回弹率和扩张不均匀性。结果与结论:①当铁合金纱线直径为0.18 mm和0.14 mm时,随着铁合金纱线数量的增多,混编支架的径向支撑力增加;此时,尽管直径0.14 mm铁合金纱线提供的径向支撑力小于同数量的0.18 mm铁合金纱线,但增加细铁合金纱线的数量可以达到与较粗铁合金纱线混编支架相媲美的径向支撑力。当铁合金纱丝直径为0.10 mm时,随着铁合金纱线数量的增加,混编支架的径向支撑力降低。②增大编织角度,混编支架的径向支撑力降低,但其径向回弹率和狗骨率得到了改善。通过降低编织角可以改善小直径铁合金纱线造成的支架径向支撑力不足。③结果显示,在镁合金支架中引入铁合金纱线,可以实现在不增加纱线直径的情况下精确地调整支架的径向力学性能,这不仅克服了单一材料支架的局限性,也为多材料支架的设计提供了新思路。

关键词：编织支架生物可降解材料镁合金铁合金支架结构径向支撑性能狗骨率有限元分析

基于三周期极小曲面晶胞梯度支架的设计及力学性能

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中国组织工程研究 2025年第16期29卷 3449-3457页

作者：朱文博张旭婧许燕石欣桐新疆大学智能制造现代产业学院(机械工程学院) 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830046

背景:现阶段骨软骨一体化支架的弹性模量与天然骨软骨相差较大,植入人体后会引起应力遮蔽现象,从而导致植入物松动变形,影响骨软骨组织修复。轴向三周期极小曲面晶胞梯度支架可与人体骨软骨组织孔隙率及弹性模量相匹配,为骨软骨支架设... 详细信息

背景:现阶段骨软骨一体化支架的弹性模量与天然骨软骨相差较大,植入人体后会引起应力遮蔽现象,从而导致植入物松动变形,影响骨软骨组织修复。轴向三周期极小曲面晶胞梯度支架可与人体骨软骨组织孔隙率及弹性模量相匹配,为骨软骨支架设计提供一种新的思路。目的:研究不同晶胞种类和孔径结构对晶胞梯度支架力学性能的影响。方法:使用Gyroid(G)型、Diamond(D)型Primitive(P)型3种基础晶胞,通过三周期极小曲面数学建模,在梯度区域使用不同尺寸、不同种类晶胞,共计构建6种晶胞梯度支架(G-2P-4D、P-2D-4G、D-2P-4D、G-2D-4P、P-2G-4D、D-2G-4P),进行力学实验及仿真模拟实验,评估支架的力学性能,通过计算流体动力学仿真得到了支架内流体的流动性能参数。结果与结论:有限元力学仿真和轴向压缩实验表明,P-2G-4D型与P-2D-4G型梯度支架的弹性模量相较高,分别为148.67 MPa和152.1 MPa,能够承受较高的轴向载荷,提高植入物的力学稳态;D-2P-4G型梯度支架应力分布最为均匀,可有效减少应力集中,使得连接函数区域均能够有效传递应力,减少应力遮蔽;G-2D-4P型梯度支架流动速率变化最小,为0.10-0.48 mm/s,渗透率较高,有利于植入后体液在支架内部流动。基于三周期极小曲面的晶胞梯度支架设计为骨软骨支架设计提供了新思路,仿真分析结果也为支架植入人体后的骨整合预测提供了参考。

关键词：三周期极小曲面晶胞梯度连接函数骨软骨支架力学性能流体性能

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深度学习方法在红花采摘机器人中的应用

农机化研究 2025年第4期47卷 186-191页

作者：陈金荣许燕周建平王小荣崔超新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047 新疆维吾尔自治区农牧机器人及智能装备工程研究中心乌鲁木齐830047 新疆大学工程训练中心乌鲁木齐830047

为实现农业复杂环境中红花的快速准确识别,提出了一种基于深度学习方法的改进YOLOv5s红花目标检测算法。在YOLOv5s基础上融入适配GPU的轻量Ghost模块,获得复杂度更低、网络推理速度更快的基线模型,将CBAM注意力机制嵌入基线模型,增强了... 详细信息

为实现农业复杂环境中红花的快速准确识别,提出了一种基于深度学习方法的改进YOLOv5s红花目标检测算法。在YOLOv5s基础上融入适配GPU的轻量Ghost模块,获得复杂度更低、网络推理速度更快的基线模型,将CBAM注意力机制嵌入基线模型,增强了小目标物在高频特征中的表现力,并通过建立一种基于边界框宽和高差值的Focal-EIoU损失函数,提高红花在不同遮挡情况下的识别率。最后,在并联式红花采摘机器人上开展红花识别试验,验证改进算法的可行性和可靠性。结果表明:改进后的YOLOv5s模型相较于原始模型在mAP值上提高了1.94个百分点,模型参数量和单幅图像检测速度分别为3.52 MB和0.06 s/幅,红花采摘机器人视觉系统的平均识别成功率可达89.92%。

关键词：红花采摘机器人深度学习 YOLOv5s 识别成功率

基于改进YOLOv5的红花目标检测算法研究

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农机化研究 2025年第1期47卷 26-32,66页

作者：陈金荣许燕周建平王小荣新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830047 新疆大学工程训练中心乌鲁木齐830047 新疆维吾尔自治区农牧机器人及智能装备工程研究中心乌鲁木齐830047

为实现农业非结构环境下采摘机器人对红花的准确识别,提出了一种基于改进YOLOv5的红花目标检测算法。将CBAM注意力机制嵌入到YOLOv5网络,提高了小尺寸目标物在高层次特征中的表现力;建立一种Alpha-IoU目标位置损失函数对原损失函数GIOU... 详细信息

为实现农业非结构环境下采摘机器人对红花的准确识别,提出了一种基于改进YOLOv5的红花目标检测算法。将CBAM注意力机制嵌入到YOLOv5网络,提高了小尺寸目标物在高层次特征中的表现力;建立一种Alpha-IoU目标位置损失函数对原损失函数GIOU存在的梯度消失问题进行改进,提高了被遮挡红花的预测率,并通过在目标检测网络中增加分割检测模块,提高宽和高小于最低像素的小目标物检测精度,利用图像扩增数据集对改进后的YOLOv5算法进行训练,再分别与改进前后YOLOv5网络和Faster R-CNN网络在不同红花品种、不同自然光照情况、不同天气条件和不同遮挡情况下进行对比。试验结果表明:改进后的YOLOv5算法P值、R值分别为90.45%和0.90,对非结构环境下盛开期的未采摘红花mAP值达到94.48%,在不同影响因素下都可以准确识别出红花且置信度较高,可为红花采摘机器人自动化作业中的红花识别提供技术支持。

关键词：红花目标检测改进YOLOv5 数据增强非结构环境

桡骨远端C1型骨折三种内固定方式的有限元分析

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中国组织工程研究 2025年第15期29卷 3110-3115页

作者：努尔比艳木·库尔班乌日开西·艾依提买合木提·亚库甫新疆大学智能制造现代产业学院(机械工程学院) 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830017 新疆医科大学第六附属医院新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市830002

背景:桡骨远端C1型骨折属于关节内不稳定型骨折,治疗上存在较大的难度。目前对桡骨远端骨折不同内固定接骨板的临床研究较少,缺乏多种内固定接骨板的生物力学对比研究,在内固定接骨板的选用上仍存在争议。目的:通过有限元分析法比较不... 详细信息

背景:桡骨远端C1型骨折属于关节内不稳定型骨折,治疗上存在较大的难度。目前对桡骨远端骨折不同内固定接骨板的临床研究较少,缺乏多种内固定接骨板的生物力学对比研究,在内固定接骨板的选用上仍存在争议。目的:通过有限元分析法比较不同内固定接骨板在桡骨远端C1型骨折治疗中的生物力学特性。方法:使用一名健康女性志愿者的桡骨模型,顺序导入Mimics 21.0、Geomagic Wrap 2017、Solid Works 2021等软件进行处理,制作桡骨远端C1型骨折模型。根据厂家提供的接骨板数据,分别建立桡骨远端掌侧斜T形锁定板、桡骨远端掌侧蝶形锁定板、桡骨远端掌侧万向锁定板和螺钉的三维模型,并且和骨折模型进行装配,在ANSYS 19.0中赋予材料属性,设定各接触面相互作用关系并定义载荷及边界条件,模拟其腕关节压缩、背弯、掌屈和扭转等4种载荷工况,比较其生物力学性能。结果与结论:①3组内固定模型在4种载荷工况下,内固定模型整体位移主要集中在桡骨远端关节面上;模型在背弯、掌屈和扭转载荷工况下的最大位移是轴向载荷下位移的2-6倍,表明轴向载荷工况下内固定系统最稳定;②内固定上的应力远大于骨折块上的应力,内固定物应力主要集中于接骨板在骨折断端附近区域,其中万向锁定板和蝶形锁定板应力分布较为均匀,斜T形锁定板应力集中现象最为明显;③在压缩和扭转载荷下,骨折块的应力主要集中在螺钉孔周围,掌屈和背伸载荷下则是从桡骨远端向近端逐步扩展;在同样的载荷工况下,斜T形锁定板固定状态下骨折块应力最大,万向锁定板固定系统骨折块所受应力峰值最低,蝶形锁定板与万向锁定板固定状态下的骨折块峰值应力仅仅相差0.2-6.0 MPa;④相比于斜T形锁定板和蝶形锁定板,万向锁定板在桡骨远端C1型骨折内固定中应力分布更均匀,固定模型关节面位移更小、稳定性更佳。

关键词：桡骨远端骨折内固定斜T形锁定板蝶形锁定板万向锁定板位移应力有限元分析

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中华文化生命体的特征探析

新疆师范大学学报（哲学社会科学版） 2025年第2期46卷 122-127页

作者：秘天一新疆大学马克思主义学院新疆乌鲁木齐830046

中华文化生命体呈现对环境刺激的反应、生长发育、新陈代谢、自我调节和超脱自然选择等特征,具有整体性、连贯性、创新性、开放性与和平性特质。整体性和连贯性确保中华文化在数千年发展中的赓承延续与稳定,通过“天人合一”“和而不同... 详细信息

中华文化生命体呈现对环境刺激的反应、生长发育、新陈代谢、自我调节和超脱自然选择等特征,具有整体性、连贯性、创新性、开放性与和平性特质。整体性和连贯性确保中华文化在数千年发展中的赓承延续与稳定,通过“天人合一”“和而不同”实现内在和谐统一;创新性使中华文化在历史长河中保持强大的生长力,推动中华优秀传统文化现代转型,实现马克思主义中国化的新飞跃;开放性增强了中华文化的适应性和生命力,通过吸收和融合外来优秀文化元素,使中华文化在全球化进程中保持独特性和竞争力,并以开放姿态积极借鉴吸收人类文明一切优秀成果,推动文化守正创新;和平性源于对和谐、和合文化的深刻理解,强调和谐共生、和合共在、和平发展,通过对话与合作解决争端。中华文化生命体在全球化背景下展现出独特的现代价值和全球视野,彰显了中华文化的强大生命力和国际影响力。

关键词：习近平文化思想中华文化生命体两个结合文化新使命中华优秀传统文化

(K_(0.5)Na_(0.5))Nb_(1-x)Ta_(x)O_(3)铁电性的第一性原理研究

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原子与分子物理学报 2025年第4期42卷 138-146页

作者：褚新建雷博程刘晨曦刘纪博新疆科技学院信息科学与工程学院库尔勒841000 新疆大学物理科学与技术学院新疆固体物理与器件重点实验室乌鲁木齐830046 西安工业大学光电工程学院西安710032

随着铅基陶瓷的大量使用,造成了严重的环境和健康问题,为了能够找寻替代铅基陶瓷的材料,人们开始了对无铅陶瓷材料的探索.(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)材料由于其优异的铁电压电性能,成为了无铅陶瓷材料的代表,但是碱性组分在高温下的高挥... 详细信息

随着铅基陶瓷的大量使用,造成了严重的环境和健康问题,为了能够找寻替代铅基陶瓷的材料,人们开始了对无铅陶瓷材料的探索.(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)材料由于其优异的铁电压电性能,成为了无铅陶瓷材料的代表,但是碱性组分在高温下的高挥发性使其应用范围受到了极大的限制.基于这样的考虑,本文基于密度泛函理论的第一性原理方法,探究了(K_(0.5)Na_(0.5))Nb_(1-x)TaxO_(3)(x=0.125,0.25,0.375,0.5,0.625,0.75,0.875,1)九种体系的铁电性能,结果表明:随着Ta浓度的增加,晶格常数发生了突变,由此猜测KNN材料随着Ta浓度的增加,发生了正交-单斜的相变;Ta的掺入能够降低KNN材料的烧结难度,且随着Ta浓度的增加,形成难度逐渐降低;掺杂体系中,Ta-4f轨道与Na-3p,K-4p以及O-2s轨道电子发生了杂化,使导带底Nb-4d与Na-3p电子的态密度峰向高能区移动,禁带宽度呈现增加的趋势;在分析KNN材料铁电性作用机理时发现KNN的铁电极化类型是离子位移型极化,且在[001]方向上不具有极化能力.分析掺杂后各个体系的极化强度,发现随着Ta浓度的增加,极化强度逐渐降低,但是在低浓度掺杂时极化有向上增加的趋势,这可能是体系在低浓存在着正交与单斜的准同型相界(Morphotropic phase boundary,MPB)导致的,由此可以判断,低浓度掺杂有利于提高KNN材料的铁电性能.

关键词：第一性原理钙钛矿结果 KNN 铁电性

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弹齿式辣椒采摘滚筒的分析与试验

农机化研究 2025年第4期47卷 160-166页

作者：沈晓凯阿力木·买买提吐尔逊靳范李谦绪徐玉龙新疆农业大学机电工程学院乌鲁木齐830052 新疆新研牧神科技有限公司乌鲁木齐830013

随着我国经济的不断发展,辣椒种植规模不断扩大,对于辣椒收获机械的需求日益增加。采摘滚筒是滚筒式辣椒收获机采摘台的主要工作总成之一,可通过对辣椒植株的高速梳刷完成采摘。为改善辣椒采摘装置的收获性能,对辣椒采摘过程进行受力分... 详细信息

随着我国经济的不断发展,辣椒种植规模不断扩大,对于辣椒收获机械的需求日益增加。采摘滚筒是滚筒式辣椒收获机采摘台的主要工作总成之一,可通过对辣椒植株的高速梳刷完成采摘。为改善辣椒采摘装置的收获性能,对辣椒采摘过程进行受力分析,并借助Adams软件对采摘滚筒进行运动学分析,旨在为今后辣椒采摘装置的设计制造提供参考。同时,确定了采摘弹齿结构、转速等关键参数,对弹齿运动过程进行分析,通过理论分析确定滚筒转速的范围,并设计Box-Behnken试验。结果表明:在较优参数组合下,即前进速度6.4 km/h、预设弹齿间隙89 mm、滚筒转速180 r/min时,辣椒破损率优化值为2.4%,符合行业要求。

关键词：辣椒采摘滚筒弹齿仿真