目的 研究阴道分娩对子宫骶韧带(uterosacral ligaments,USLs)和主韧带(cardinal ligaments,CLs)生物力学性能的影响,进而探讨阴道分娩对盆腔器官脱垂(pelvic organ prolapse,POP)的影响.方法 选用成年母猪(已育母猪5 头,未育母猪 5 头)作为动物模型,通过单轴拉伸实验测量离体母猪的USLs和CLs被动力学行为,分析分娩对USLs和CLs生物力学性能的影响.结果 猪子宫韧带组织的被动力学行为呈非线性.无论分娩与否,右骶韧带的最大应力大于左骶韧带(P<0.05);分娩后,二者力学性能存在显著差异.未育母猪左主韧带最大应力略大于右主韧带(P<0.05);分娩后,两者差异降低(P>0.05).USLs最大应力均大于CLs,表明USLs比CLs承受的张力更大,USLs在POP中起到关键性作用.结论 研究结果 为认识USLs和CLs力学特性提供参考,可以指导更好治疗方法 的发展,如POP手术重建,也为预防POP发生提供理论基础.

背景:薄弱的静脉壁是冠状动脉旁路移植术后大隐静脉桥病变的诱发因素之一.目的:探讨人体大隐静脉桥外膜戊二醛交联对血管生物力学特性的影响.方法:收集冠状动脉粥样硬化性心脏病患者冠状动脉旁路移植术后剩余的大隐静脉40段,随机分A、B组,每组20段,将A组中的每段大隐静脉分成2小段,其中一段采用0.3％戊二醛溶液交联5 min,另一段不交联(对照);将B组的每段大隐静脉分成2小段,其中一段采用0.3％戊二醛溶液交联10 min,另一段不交联(对照).采用荧光显微镜及扫描电镜观察交联前后的血管壁微观形态;利用单轴拉伸测试检测交联前后血管的应力-应变关系、杨氏模量及破坏强度.结果与结论:①荧光显微镜:与对照血管相比,交联血管的Ⅰ型胶原纤维呈明显压缩改变,密度显著增大,管腔面结构未见明显差异;②扫描电镜:对照血管外膜表面胶原纤维呈现典型的波浪状疏松排列,交联血管外膜表面胶原纤维呈现致密的网状排列;③单轴拉伸测试:与对照血管比较,交联5,10 min血管的应力-应变曲线明显左移,并且在高应变区(延展率为1.3-1.5)杨氏模量显著增加(P<0.05);与交联5 min血管比较,交联10 min血管的应力-应变曲线明显左移,并且在高应变区(延展率为1.3-1.5)杨氏模量显著增加(P<0.05);交联5,10 min血管的破坏强度高于对照血管(P<0.05);④结果表明:血管外膜戊二醛交联增加了大隐静脉血管壁强度,降低了其延展性.

目的 了解绵羊颈、胸、腰段硬脊膜的结构和生物力学特点,为人工硬脊膜的研发提供理论参考.方法 取5只成年雄性白绵羊,处死后取C5、T10和L3平面的硬脊膜分别行组织学HE染色观察内部结构并测量硬脊膜厚度,扫描电镜观察硬脊膜内外表面形态,透射电镜观察硬脊膜内部结构并测量各部位硬脊膜胶原纤维直径.取C6、C7、T11、L2、L4、L5平面的硬脊膜行单轴生物力学测试,测量样本的断裂强度、弹性模量和断裂伸长率.结果 HE染色示颈、胸、腰段硬脊膜厚度逐渐递减,分别为(268.19±15.91)、(198.16±27.25)、(103.74±21.54)μm,比较差异均有统计学意义(P＜0.05).扫描电镜观察示,硬脊膜内表面胶原纤维较多,细胞较少;外表面则细胞分布较多,且细胞均沿纵轴方向拉伸.透射电镜观察示,硬脊膜内部胶原纤维板层状交织排列,板层内胶原纤维同向排列,板层间胶原纤维相互垂直.颈、胸、腰段硬脊膜胶原纤维直径分别为(68.04±21.00)、(64.54±20.64)、(60.36±19.65) nm,比较差异无统计学意义(P＞0.05).单轴生物力学测试显示,颈段硬脊膜轴向和横向的弹性模量、断裂强度、断裂伸长率比较差异均无统计学意义(p＞0.05);胸段和腰段轴向各指标均显著大于横向(P＜0.05).组间比较:颈、胸、腰段硬脊膜的轴向和横向弹性模量、断裂强度、断裂伸长率,两两比较差异均有统计学意义(P＜0.05),呈颈、胸、腰段逐渐减小趋势.颈、胸段硬脊膜轴向弹性模量与横向弹性模量比值显著小于腰段(P＜0.05);颈、胸段间比较差异无统计学意义(P＞0.05).结论 绵羊硬脊膜从头侧向尾侧厚度依次减小;硬脊膜内表面胶原纤维分布较多、细胞较少,而外表面被细胞覆盖;硬脊膜内部胶原纤维板层交替排列,具有明显的各向异性生物力学特点,且从头侧向尾侧各向异性生物力学特点越明显.

目的:检测3种不同工艺制备聚醚醚酮标准件的生物力学性能,评估3D打印技术制备聚醚醚酮人工假体的优势及临床应用前景.方法:采用等材(注塑成型)、减材(机械加工)、增材(3D打印)3种工艺分别制作生物力学检测所需标准件,并对其进行单轴拉伸、单轴压缩、三点弯曲实验检测其生物力学性能,应用单因素方差分析LSD检验进行组间均数对比分析.结果:3D打印试件的抗拉能力与机械加工、注塑成型相比无显著性差异;抗弯能力略低于机械加工,与注塑成型相比无显著性差异;抗压能力与机械加工相比无显著性差异,明显优于注塑成型.结论:3D打印技术制备的聚醚醚酮假体其力学性能较佳,且能更好的满足个性化的临床需求.

背景:关节软骨一旦出现裂纹缺损其力学性能会发生改变,而先前研究中针对受损关节软骨的探究多集中在压缩,对于拉伸性能的研究较少.目的:预先在软骨层试样上制造裂纹缺损,测试其单轴准静态拉伸性能.方法:选取新鲜成年猪膝关节的关节软骨,制备含裂纹缺损的软骨试样,在不同应力率下(0.001,0.01,和0.1 MPa/s)测试其拉伸性能,在不同恒定应力下(1,2,3 MPa)测试其蠕变性能.结果 与结论:①不同应力速率下的拉伸实验中,随着应力速率的增加,达到相同应变所需的应力逐渐增大,且试件的杨氏模量随应力率的增加而增加;②不同应力速率下含裂纹缺损关节软骨的拉伸应力-应变曲线不重合,说明含裂纹缺损关节软骨的拉伸性能具有率相关性;③不同恒定拉应力水平下的蠕变实验中,蠕变应变随着拉应力水平的提高而增大,蠕变柔量随拉应力水平的提高而降低,并且随着蠕变时间的推移蠕变应变先快速增加后缓慢增加;④结果表明,不同应力率和不同恒定应力对含裂纹缺损关节软骨的拉伸力学性能影响较大,该实验结果可为缺损关节软骨的修复提供力学参考.

目的 分析不同部位动脉血管力学性能的差异,以及不同测试方法对实验结果的影响.方法 根据动脉血管自身的形状特点设计独特的夹具,分别对猪胸主动脉和颈总动脉进行管状轴向/径向和片状轴向/环向方向的单轴拉伸测试,并对其力学非线性开展数据拟合分析.结果 动脉血管在管状状态下拉伸获得的力学性能要强于片状状态下的拉伸结果,数值结果的差异还会随着血管管径的变小而愈加显著.结论 实验结果提供了更加全面可靠的血管力学参数,为血管有限元模型和本构关系的构建提供有利数据支撑,指导组织工程血管移植物的设计制造,同时也有利于研究分析某些血管疾病潜在的病理生理,为疾病的临床治疗呈现更好的治疗效果.

目的 检测3D打印制备纳米二氧化钛/聚醚醚酮复合材料标准件的生物力学性能,评估3D打印技术制备纳米二氧化钛/聚醚醚酮复合材料人工假体的优势及临床应用前景.方法 采用增材(3D打印)制备生物力学检测所需标准件,并对其进行单轴拉伸、单轴压缩、三点弯曲实验检测其力学性能.结果 3D打印试件的拉伸模量为(4583.33±267.25)MPa,拉伸强度为(95.62±1.01)MPa;弯曲模量为(4217.41±341.99)MPa,弯曲强度为(145.64±11.81)MPa;压缩模量为(1646.91±259.07)MPa,压缩强度为(126.92±16.34)MPa.结论 3D打印技术制备的纳米二氧化钛/聚醚醚酮材料其力学性能较佳,且3D打印技术能更好地满足个性化的临床需求.

目的 研究不同应变率下韧带的压缩应力-应变关系,并构建本构模型,为韧带的损伤预估及替代材料的研发提供参考.方法 通过万能拉伸试验机测试兔髌韧带在不同应变率(0.001、0.01、0.1、1 s-1)下的压缩力学性能和压缩松弛响应,并构建相应的本构方程.结果 单轴无侧限压缩实验表明,随着应变率增加,30％、40％应变下的应力和切线模量均明显增大.相比于Gent模型,Fung和Ogden模型更适用于拟合韧带压缩曲线(R2＞0.99);采用4项Prony级数更适用于拟合韧带的松弛曲线(R2＞0.99).结论 兔髌韧带的压缩力学性能有显著的黏弹性响应,Fung和Ogden模型可用于拟合韧带的压缩响应,4项Prony级数可用于拟合兔髌韧带的压缩松弛响应.

目的 探讨小梁网组织表面弹性模量的变化趋势,并使用各向异性模型模拟,验证各向异性模型的合理性.方法 对2只大鼠的4个小梁网样本在表面不同位置进行原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)压痕实验,并使用本课题组提出的各向异性小梁网力学模型对小梁网组织表面不同位置处测得的弹性模量进行模拟实验.结果 测试得到的小梁网组织表面弹性模量会随着位置不同而变化,并且在小梁网中段达到最小值;各向异性小梁网力学模型可以较好地模拟这一现象.结论 各向异性小梁网力学模型在描述小梁网力学特性方面具有较强的理论意义与实用价值.同时,该模型可以解释对小梁网组织进行单轴拉伸与AFM压痕实验获得的弹性模量之间的巨大差别.因此,各向异性小梁网模型是对小梁网力学特性的一种更好描述.

3D打印技术在组织工程支架的个性化制备方面体现出明显优势,不仅可精细成型复杂结构,而且可以极大地节约原材料.该文选择3种可降解生物医用高分子材料,聚乳酸(PLA)、聚对二氧环己酮(PDS)及聚乙交酯-丙交酯(PL-GA),利用3D打印技术制备了标准测试样品,对其分别进行了单轴拉伸性能、压缩性能、三点弯曲性能测试.通过与文献中模压样品测试数据的比较发现,3D打印技术制备的样品孔隙率及力学性能可控,综合性能优异.而且,可控的力学性能对体内不同软组织的再生具有重要意义.