本文關(guān)鍵詞：滾壓載荷下軟骨傳質(zhì)行為的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：關(guān)節(jié)軟骨是一種白色致密的結(jié)締組織,在關(guān)節(jié)內(nèi)部覆蓋骨關(guān)節(jié)末端,內(nèi)部無神經(jīng)、無血管、無淋巴,其營養(yǎng)成分的取得以及代謝廢物的排出大都需要外部力學(xué)環(huán)境,通過改變傳輸過程來改變軟骨細(xì)胞的生物活性,特別是對于因傷或者疾病造成軟骨的缺損,采用外部載荷可以改變組織的生物代謝過程,加速軟骨修復(fù)。本文根據(jù)膝關(guān)節(jié)的運動特點,提出一種滾壓加載方式,從實驗和有限元數(shù)值模擬兩個方面研究關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)溶質(zhì)的傳遞行為。實驗使用異硫氰酸熒光素 右旋糖酐(4k Da)和四甲基異硫氰酸羅丹明 右旋糖酐(0.43k Da)的示蹤劑溶液對新鮮成年豬關(guān)節(jié)軟骨進行標(biāo)記,采用熒光顯微鏡成像方法,分別測量滾壓載荷作用和靜置狀態(tài)下軟骨內(nèi)溶質(zhì)熒光強度隨時間和軟骨層位置的變化,計算得到相應(yīng)的相對濃度分布和溶質(zhì)擴散系數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果表明:與靜置放置的樣本相比,滾壓載荷作用下,關(guān)節(jié)軟骨內(nèi)溶質(zhì)相對濃度和擴散系數(shù)明顯增加,尤其是中間層和深層的相對濃度和擴散系數(shù)明顯增加,而淺表層的擴散系數(shù)沒有顯著變化;滾壓初期,淺表層的相對濃度及深層的擴散系數(shù)增加明顯,隨著滾壓次數(shù)的增加,中層和深層相對濃度增加明顯,中層擴散系數(shù)增加明顯;小分子量溶質(zhì)較大分子量溶質(zhì)更容易擴散。因此,滾壓載荷可以促進關(guān)節(jié)軟骨的溶質(zhì)傳遞,提高溶質(zhì)的擴散系數(shù)。數(shù)值模擬使用ANSYS軟件建立二維有限元模型,討論了滾壓載荷下軟骨應(yīng)力場和濃度場分布情況,并得到了濃度隨時間、軟骨深度的變化曲線;分別探究不同滾壓速率、摩擦系數(shù)和壓縮量下溶質(zhì)濃度與時間及軟骨深度的關(guān)系。結(jié)果表明,壓縮量對傳質(zhì)的影響明顯,特別是軟骨的中層和深層尤為顯著,而滾壓速率和摩擦系數(shù)對傳質(zhì)影響不明顯。滾壓載荷可為臨床修復(fù)受損軟骨和組織工程提供一種重要而嶄新的方法。
【關(guān)鍵詞】：關(guān)節(jié)軟骨 滾壓載荷 濃度 擴散系數(shù) 有限元 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：R68;R318.01
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 引言10
• 1.2 關(guān)節(jié)軟骨研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 目前研究存在的問題13-14
• 第二章 關(guān)節(jié)軟骨基礎(chǔ)及性質(zhì)14-19
• 2.1 軟骨的組成、結(jié)構(gòu)和功能14-17
• 2.2 關(guān)節(jié)軟骨的擴散17-19
• 第三章 滾壓載荷下關(guān)節(jié)軟骨溶質(zhì)傳遞的實驗研究19-31
• 3.1 材料與實驗方法19-22
• 3.1.1 材料19-20
• 3.1.2 實驗裝置20-21
• 3.1.3 實驗原理21
• 3.1.4 實驗描述21-22
• 3.2 結(jié)果22-29
• 3.2.1 異硫氰酸熒光素 右旋糖酐做為示蹤劑實驗22-26
• 3.2.2 四甲基異硫氰酸羅丹明 右旋糖酐做為示蹤劑實驗26-29
• 3.3 實驗結(jié)論29-30
• 3.4 本章小結(jié)30-31
• 第四章 溶質(zhì)傳遞行為的理論依據(jù)31-38
• 4.1 傳熱和傳質(zhì)的基本原理及其關(guān)系31-34
• 4.1.1 傳熱微分方程31-32
• 4.1.2 傳質(zhì)微分方程32-33
• 4.1.3 傳熱微分方程與傳質(zhì)微分方程的關(guān)系33-34
• 4.2 熱傳導(dǎo)問題的有限元的一般形式34-36
• 4.2.1 穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)問題的變分原理及其有限元離散34-35
• 4.2.2 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元的一般格式及其有限元離散35-36
• 4.3 ANSYS概述36-38
• 第五章 滾壓載荷下關(guān)節(jié)軟骨溶質(zhì)傳遞行為的有限元仿真38-48
• 5.1 膝關(guān)節(jié)的力學(xué)環(huán)境38
• 5.2 有限元模型的建立及其邊界條件38-39
• 5.3 軟骨傳質(zhì)過程的有限元仿真39-43
• 5.4 參數(shù)對傳質(zhì)的影響43-47
• 5.4.1 滾壓速率對溶質(zhì)傳遞的影響43-44
• 5.4.2 摩擦系數(shù)對溶質(zhì)傳遞的影響44
• 5.4.3 壓縮量對溶質(zhì)傳遞的影響44-47
• 5.5 實驗結(jié)果與仿真結(jié)果的比較47
• 5.6 本章小結(jié)47-48
• 第六章 總結(jié)與展望48-50
• 6.1 論文取得的主要成果48-49
• 6.2 進一步研究展望49-50
• 參考文獻50-54
• 發(fā)表論文和科研情況說明54-55
• 致謝55-56

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本文編號：414479