机械设计与制造
期
276
Machinery Design Manufacture
2012年7月
文章编号:1001-3997(2012)07-0276-03
人工骨支架内部微结构两相流数值模拟“
王丽雨党新安杨立军齐艳梅
(陕西科技大学,西安710021)
Two-phase Flow Numerical Simulation of Internal Micropore Structures
in Artificial Bone Scaffold
WANG Li-li, DANG Xin-an, YANG Li-jun, QI Yan-mei
Shaanxi University of Science Technology, Xi an 710021
摘要」人工骨仿生支架内部微孔结构关系到支架能否替代自然骨,植入骨生长因子、成骨细胞
等活性物质,促进骨组织的生长。利用 Fluent软件,对中心为球体,边缘为國柱体的单元微结构进行了
细胞和
营养液的两相流数值模拟,分析了中心球半径R及连通孔径d对系统压力、流速及细胞相体枳ミ
分数的影响规律,为人工骨支架微结枘的优化及仿形研究奠定了基础。结果表明中心球半径R对系统
压力影响很小,较大的连通孔径d比较适合细胞的增殖与粘附;最大流速在0.011mbs-0.018mk范围内,
d恒定时,随着的R的增加,流速分布很均匀,但是值却稍微有些降低。R恒定时,随着连通孔径d增大
流速分布越均匀,速度值也越大。
关键词;人工骨支架;内部微结构;胞沉积;兩相流数值模拟
(Abstract] The internal micropore structures in biomimetic artificiad bone scaffold touches on whether
s the scaffolds can replace the natural bone to implant the growth factors, bone cells and other active st
stances in order to promote the
grouth of bony tissue. Using the softuare of Fluent, there is a tu0o-phase o e'
s numerical simulation abou cells and nutrient solution for the micropore structures which hae a sphere in 2
t the center and cylinders at the edge. The influence lawv ef the radius R of the center sphere and the con
nected aperture d on system pressure fow velocity and the wolume fraction of cell phase are analyzed, i
i which lays a good foundation for the optimization of micropore structures and the profile research. The con
cision shows that the radius of center sphere has poor effect on the system pressure, and the more larger
connected aperture is beneficial to the proliferation and adhesion of cells; the maximum velocity between
0.01 1m/s and 0.018m/ When d is constant, the distribution of velocity is very uniform with the increase
R, but the value is slightly lower. When the R is constant, the distribution of velocity is more uniform and
the value is greater with the increase of d
Key Words: Artificial Bone Scaffold; internal Micropore Structures; Cell Deposition; T w-phase
z Flow Numerical Simul ation
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中图分类号:TH16文献标识码:A
1前言
国外一些科研人员分析了不同粘度的支架模型中流体的速度分
人工骨支架一直是组织工程领域研究的热点。从宏观上讲,布情况,随着粘度的増加大多数流体外部层诱导腔中的流体减
人工骨支架应具有与所替代骨有相似的外形,以满足可以植人体速。
内的要求;从微观上讲,应具有非均质多孔连通结构,以利于营养
因此如何使人工骨仿生支架植入体内后,组织液快速渗入,
的传输及细胞的长人
细胞均匀地沉积粘附,生长因子、成骨细胞和血管等活性物质快
目前有很多人通过研究人T骨支架力学性能来指导支架的速长入,达到快速与人体徴循环相连通,促进骨组织的生长,具有
结构设计,而对内部流体性能的研究还很少。一些科研人员研究重要的理论意义和应用价值。
了微管道内支管与流体流动方向的夹角对不同位置支管内流场
利用 Fluent软件,对不同中心球半径与连通孔径的单元微
的影响,及微管道系统中细胞的输运数值分析,对人工骨管道结孔结构中营养液和细胞的两相流进行了模拟,研究了微结构模型
构设计及体外灌注起到了一定的指导作用;一-些科研人员考虑中心球半径R与连通孔径d对系统压力、流速及细胞相体积分
骨架变形和营养液具有可压缩性,研究了多孔骨组织支架在流固数的影响规律,为人工骨支架微结构的优化及仿形研究奠定了基
耦合情况下,骨架间隙营养液和骨架颗粒随外载变化规律。此外,础。
头来稿日期:201109-30*某金项日:国家自然科学基金项日(5072086),咸阳市科技计划项目(2010k15-04)