組織工程三維多孔骨支架內部微流體流場研究①

趙士明 李文雷 趙靜一③ 郭 銳 高 遠* 盧子帥

(* 燕山大學河北省重型機械流體動力傳輸與控制實驗室 秦皇島 066004)(**先進鍛壓成形技術與科學教育部重點實驗室(燕山大學) 秦皇島 066004)(***唐山工業(yè)職業(yè)技術學院機械工程系 唐山 063299)(****河北省唐山市第二人民醫(yī)院創(chuàng)傷外科研究所 唐山 063001)

0 引 言

組織工程(tissue engineering)是利用工程學和生命科學的基本原理，開發(fā)能恢復、維持或改善受損組織或器官功能的生物代替物。組織工程支架作為細胞和新生組織的載體要保證營養(yǎng)液、生長因子等能夠從多孔或微管進入支架內部，與細胞進行物質交換排出代謝物[1，2]。組織工程支架為細胞接種、繁殖和保持各自功能提供了保障，其可以引導組織再生，控制組織結構。研究表明，流體剪應力等各種外載力的刺激，對骨細胞的增殖分化具有重大影響。支架內部微孔的尺寸、空間走向、結構及布局都將影響其內部微流體流場的分布。營養(yǎng)液在管道里究竟能給多大范圍內的細胞提供足夠的養(yǎng)分,與支架的內部空間結構、孔徑和微流體的流速等有密切關系[3]。

現(xiàn)有的骨組織工程支架在實驗過程中存在局部新生組織生長較快的問題，以致于營養(yǎng)液、生長因子和代謝物的流動被阻塞，其主要原因是未對骨支架內部流場的作用進行研究。目前，針對支架內部的速度場和壓力場分布的研究已有報道，文獻[4]通過實驗和計算流體動力學數(shù)值模擬方法研究了骨組織工程支架內部流場分布，2種方法所得結果相近，能夠相互驗證，為量化骨組織工程支架內部流體力學環(huán)境和細胞生長、分化的關系提供了基礎。……