利用快速成型技术制造人工生物活性骨

以快速成型、三维重构和生物学技术为基础，建立了新型人工生物活性骨工程化制造系统。该系统制作的人工骨外形与被替代骨一样，内部都具有模拟真实骨组织微管系统的三维网架结构，可通过骨生长因子和活体细胞的复合，使其具有生物活性，因此弥补了传统生物填充材料由于缺乏活性布无法实现骨诱导的缺陷。动物实验的结果表明，所制造的内部仿真结构，为人工骨的快速活化和新生骨细胞的三维并行生长提供了理想的空间条件，其中骨引导和骨诱导的双重机制可有效地加速骨组织的生长，从而证明了人工骨具有良好的生物学性能。     

肝组织工程支架的微制造工艺

通过模拟自然肝脏的内部微结构，对肝组织工程支架进行仿生设计，构建了有利于人工肝向自然肝转化的肝支架孔洞与管道系统．结合光固化和微压印工艺制造了肝支架的硅橡胶模具，通过微复型工艺成型出生物可降解的壳聚糖／明胶复合肝支架．实验表明，普通光固化和掩膜光固化工艺可以实现最小尺度为200μm的微结构制造，精密光固化工艺不仅可以在同一模具上制造出具有良好复型精度和边缘特征的肝细胞孔洞（200-300μm）和血管管道（100-200μm），而且还可以制造出具有半通透功能的微管道（13．1～30μm）．因此，提出的微制造方法能成型出复杂的肝组织工程支架系统，可保证多种肝脏细胞的有序分布，并且为组织工程肝脏支架材料微观结构的模拟提供了参考．     

激光金属成形缺陷在线检测方法及热场仿真

针对激光金属沉积(LMD)增材制造过程中易产生微裂纹等冶金缺陷,严重影响制件疲劳力学性能的问题,提出了LMD增材制造冶金缺陷在线红外扫描检测的方法。为验证该检测方法的可行性,进行了LMD钛合金试件人工裂纹缺陷热场仿真分析与红外测温扫描检测实验研究。通过缺陷热场仿真分析揭示了红外测温特征峰峰高与裂纹宽度、深度的关系规律。人工裂纹检测实验表明,红外测温仪探头扫过各人工裂纹上方时,测温波形会出现明显增高的特征峰。通过仿真拟合关系式计算的裂纹宽度-温升幅度曲线与实验数据曲线的比较验证了仿真分析结果的正确性。     

定制化铰链内滚动式双动人工半膝关节假体的设计与研究

针对半膝关节股骨髁假体对胫骨平台的磨损,提出一种基于计算机辅助设计(CAD)和先进机械制造技术的新型定制化双动半膝关节假体,并对假体进行离体实验研究.以Mimics/Geomagic/Pro-E等工程软件为核心的技术路线,借鉴双极人工股骨头的设计原理,在定制化半膝关节股骨髁假体内部设计双动结构.通过先进的机械制造技术得到金属假体实体;分别对植入假体前、植入双动半膝假体及全膝关节假体的三组离体膝关节进行动态X线透视观察,对三组离体膝关节的运动模式进行对比研究.结果假体内部的双动结构能有效的降低假体与胫骨的摩擦频率,且双动半膝关节假体比全膝关节假体更接近于正常膝关节的运动模式.说明该假体为非限制型半膝关节假体,在保留膝关节一侧骨骺生长能力的同时,降低了假体与胫骨平台之间的磨损,为半膝关节假体置换的概念注入新的活力.假体只需定制具有个体化关节面的下部件,其余部件选用预制的标准部件,这样有利于缩短定制周期,保证质量和降低费用.     

具有钛框架增强结构人工骨的降解规律

为了解决磷酸钙骨水泥(CPC)复合骨形态发生蛋白(BMP)植入体强度低的缺陷,提出了一种钛框架-CPC-BMP复合结构的人工骨,并通过长达半年的动物实验及后续分析研究其降解规律,得出了这种植入体降解的动力学模型.研究表明,CPC在植入动物体内后,其孔隙率按对数规律递增,靠近植入体表面的孔隙率明显低于其内部的孔隙率,植入体与骨接壤的端部界面因大块降解而呈现出中凸状的推进曲线,钛框架上小孔处的孔隙率明显高于无孔处的孔隙率.钛框架能有效提高植入体的整体强度,同时对CPC的整体降解速度没有明显影响,因此该复合植入体在大段骨修复中具有很高的临床应用价值.这些结论也为设计钛框架的形状提供了实验依据.     

CT图像的运动伪影校正

为了消除因患者晃动造成的运动伪影及相关误差，提高CT图像的精度，提出了通过A型或U型圆柱管校正器对CT图像的扫描过程进行监测，并通过对图形的反向缩放、平移、旋转和偏移变换，对原始图像的伪影进行校正．研究表明，提出的校正器校正法能够有效地提高CT图像的可靠性和精确性，不仅能消除或减少运动伪影，还能对CT扫描过程中的其他误差及图像处理中的误差加以校正，从而为CT图像的三维重建和定制化植入体的精确制造奠定了基础．     

脑深部刺激电极表面多壁碳纳米管的电泳沉积工艺研究

为了提高脑深部刺激(DBS)电极组织界面的电学性能和生物相容性,提出一种直流电泳沉积多壁碳纳米管(MWCNTs)制备电极表面纳米结构对电极进行修饰改性的方法,将不锈钢片和铜电极接在直流电源的阳极和阴极,放入经过纯化处理和功能化处理后配制成的MWCNTs悬浊液中,设置电压和电泳时间,即可在不锈钢片上沉积多壁碳纳米管。对多壁碳纳米管修饰电极的电泳沉积工艺进行了研究,评价了电泳沉积形成的多壁碳纳米管薄膜的稳定性、材料成分和生物学特性。研究结果表明,电泳沉积多壁碳纳米管的最佳参数是20V和7min,电泳沉积可以在电极表面形成20～100nm的碳纳米管结构膜层,膜层表面颗粒均匀,排列致密,连续性好,没有裂纹,且薄膜的纯度较高,生物相容性良好,具有较好的电化学稳定性,但机械稳定性有待提高。该方法在保证电极-组织界面生物相容性的基础上,能有效避免电极电性能下降,从而提高电极的综合性能。     

三维微流道支架直接压印成形方法

针对软质生物材料支架内部三维微结构成形难题,提出了结合分层制造、微压印与冷冻干燥技术的三维微流道支架直接压印成形方法.通过开发自动化成形设备,实现了材料溶液填充、微结构压印、结构预冻、层间黏结等工艺过程的可控化,从而解决了传统手工操作所造成的结构重复性差、成形效率低等问题.研究了模具表面等离子处理、亲水物质添加、改变溶液填充方式等工艺对自动化成形过程中微结构复型性能的影响.结果表明,向材料溶液中添加微量亲水物质并辅助溶液填充引导,可实现软质水溶性天然生物材料内部复杂微流道结构的精确三维压印成形.通过工艺装备保证了成形过程的自动化和稳定性,从而实现了支架微结构制造的可重复性与可控性.     

蚕丝蛋白/明胶多孔肝组织支架的制备及性能研究

采用冷冻干燥法制备了蚕丝蛋白/明胶多孔支架,并分别在-20℃和-70℃预冻,以观察支架的微孔结构,测量支架的孔隙率、溶胀吸水性及力学性能,研究HepG2细胞在支架中的生长增殖情况.结果表明:随预冻温度降低,支架的孔径减小且微孔分布更加均匀,孔隙率及力学性能均得到提高.细胞培养结果显示:随预冻温度降低,支架的细胞贴壁率减...