A TPMS-based method for modeling porous scaffolds for bionic bone tissue engineering

脚手架 生物医学工程 材料科学 多孔性 有限元法 乙状窦函数 组织工程 计算机科学 复合材料 结构工程 工程类 人工智能 人工神经网络
作者
Jianping Shi,Liya Zhu,Lan Li,Zongan Li,Jiquan Yang,Xingsong Wang
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:156
标识
DOI:10.1038/s41598-018-25750-9
摘要

In the field of bone defect repair, gradient porous scaffolds have received increased attention because they provide a better environment for promoting tissue regeneration. In this study, we propose an effective method to generate bionic porous scaffolds based on the TPMS (triply periodic minimal surface) and SF (sigmoid function) methods. First, cortical bone morphological features (e.g., pore size and distribution) were determined for several regions of a rabbit femoral bone by analyzing CT-scans. A finite element method was used to evaluate the mechanical properties of the bone at these respective areas. These results were used to place different TPMS substructures into one scaffold domain with smooth transitions. The geometrical parameters of the scaffolds were optimized to match the elastic properties of a human bone. With this proposed method, a functional gradient porous scaffold could be designed and produced by an additive manufacturing method.
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