基于快速成型的组织工程中流动现象的研究

论文摘要

随着组织工程学与快速成型技术的不断发展,基于快速成型技术的组织工程支架的研究也在不断的深入。本文探讨了组织工程支架内两相流动特性的数值分析方法。在对细胞及营养液固-液两相流的研究中,根据CFD软件现有的条件和解决实际问题的需要,采用欧拉模型,针对基于快速成型技术的组织工程支架,分析了组织工程支架内细胞与营养液的两相流动过程,获得了在较低的流速下组织工程支架内两相的体积浓度分布、速度分布以及压力分布情况。采用了三种不同结构的组织工程支架进行对比研究,分别比较了三种结构支架内压力分布,细胞速度和细胞浓度分布的均匀程度。通过对浓度、速度和压力的分析,得出了支架结构对支架内部流体流动影响的情况。在对比三种结构支架中还发现,流动速度对细胞浓度的影响非常大,速度过大,细胞容易被冲走,不能在壁面吸附、沉积下来;速度过小,细胞又会大量的在壁面吸附、沉积下来,造成管道的堵塞,使得营养液的流动不畅,从而导致养分输送和废料排泄的不畅通,最后引起这部分成骨的失败。本文的研究工作是对CFD软件应用于组织工程支架内固-液两相流动的数值模拟的尝试,所取得的结果对组织工程支架的优化设计和细胞营养液的体外灌注工艺有一定的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 巨大的社会需求
• 1.1.2 重大的科学意义
• 1.1.3 广阔的经济前景
• 1.1.4 组织工程的特点
• 1.2 骨组织工程概述
• 1.2.1 种子细胞
• 1.2.2 支架材料
• 1.2.3 组织工程骨的构建
• 1.3 基于快速成型的人工骨支架研究发展现状
• 1.3.1 快速成型技术简介
• 1.3.2 人工骨支架的制备现状
• 1.3.3 人工骨支架应具备的性质
• 1.4 人工骨支架内的微流体现象及问题
• 1.5 本文的主要研究工作
• 第2章 FLUENT 软件基础
• 2.1 FLUENT 软件的结构、功能和优点
• 2.1.1 FLUENT 软件的结构
• 2.1.2 FLUENT 软件的功能
• 2.1.3 FLUENT 软件的优点
• 2.2 FLUENT 求解器
• 2.2.1 选择解的格式
• 2.2.2 求解器的使用
• 2.3 基本物理模型
• 2.3.1 基本模型概述
• 2.3.2 连续性和动量方程
• 2.4 边界条件
• 2.5 本章小结
• 第3章 人工骨内部结构分析
• 3.1 引言
• 3.2 人工骨内部微细结构应具备的条件
• 3.3 骨的结构简介
• 3.3.1 骨的内部结构
• 3.3.2 骨单位
• 3.3.3 营养管道系统
• 3.4 骨内部结构的简化
• 3.5 人工骨内部结构模型
• 3.6 人工骨建模的几个参数及步骤
• 3.6.1 几个重要参数的讨论
• 3.6.2 人工骨建模的主要步骤
• 3.7 本章小结
• 第4章 人工骨微管设计
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型的建立
• 4.3 计算结果与分析
• 4.4 微管道流场分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 人工骨支架微管网内流场分析
• 5.1 引言
• 5.2 人工骨微管道结构及相关参数
• 5.3 计算模型
• 5.3.1 模型假设
• 5.3.2 两相流控制方程
• 5.3.3 计算方法
• 5.4 计算结果与分析
• 5.4.1 细胞体积浓度分布
• 5.4.2 细胞相及营养液相速度分布
• 5.4.3 管道系统压力分布
• 5.4.4 孔隙率对管道系统流场的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介