生物活性陶瓷微裂紋損傷演化檢測技術與表征系統研究

《生物活性陶瓷微裂紋損傷演化檢測技術與表征系統研究》是依託天津大學，由陳金龍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：生物活性陶瓷微裂紋損傷演化檢測技術與表征系統研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳金龍
• 依託單位：天津大學

項目摘要

生物活性陶瓷（HAP/β-TCP）在骨組織工程技術中已顯示出作為細胞支架的優越性，但其力學行為特別是生理環境下的生物力學行為及其穩定性能尚需進一步最佳化及表征，以及如何充分體現師法自然的仿生設計理念。本研究擬構建一套適合於微區和微變形測量且對幾何不連續處（微裂紋）及內孔邊界具有自免疫功能的兩尺度擴展數字圖像相關法綜合測試系統。利用該系統完成生物降解過程中生物活性陶瓷微裂紋亞臨界擴展及損傷演化機制的研究；定量描述充液內孔界面應力傳導規律，並反演適合於骨髓間質幹細胞的黏附、遷移、增值和分化的力學微環境；探尋新生骨組織中小梁骨擇優取向生長的應力誘導效應；構建生物活性陶瓷在生理環境下的宏、細觀兩尺度生物力學行為耦合關聯模型，為骨替代材料力學行為仿生設計提供理論依據。

結題摘要

生物活性陶瓷（HAP/β-TCP）在骨組織工程技術中已顯示出作為細胞支架的優越性，本基金項目重點解決其力學行為特別是生理環境下的生物力學行為及其穩定性能的最佳化及表征，以及如何充分體現師法自然的仿生設計理念。本研究構建一套適合於微區和微變形測量且對幾何不連續處（微裂紋）及內孔邊界具有自免疫功能的兩尺度擴展數字圖像相關法綜合測試系統。建立一套適合於多孔介質宏、細觀力學量測量的兩尺度擴展數字圖像微區測試系統。本項目將擴展有限元理論和數字圖像相關方法結合起來，開發了一套具有高精度的非接觸全場變形場測量系統：擴展數字圖像相關測試系統。並且探索研究生物活性陶瓷內微裂紋的亞臨界擴展及演化趨勢，找出生理環境下體液侵蝕穩定擴孔的機制，探究微孔碎裂及崩裂的過程。本項目基於擴展有限元的基本思想，對含有裂紋的均質體的位移場進行了研究，通過計算具有解析解的斷裂力學模型，對擴展有限元方法的可行性和正確性進行驗證，而後將擴展有限元方法運用到多孔陶瓷結構裂紋擴展的數值模擬分析中，對多孔生物陶瓷的斷裂性能做出了相關分析，得到的斷裂力學參數為多孔生物陶瓷的結構設計提供了重要數據。利用該研究成果完成生物降解過程中生物活性陶瓷微裂紋亞臨界擴展及損傷演化機制的研究；定量描述內孔界面應力傳導規律，並反演適合於骨髓間質幹細胞的黏附、遷移、增值和分化的力學微環境；構建生物活性陶瓷在生理環境下的宏、細觀兩尺度生物力學行為耦合關聯模型，為骨替代材料力學行為仿生設計提供理論依據。