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仿生骨组织工程多孔支架设计综述

通讯作者: 黄歆旖, 3597323843@qq.com
DOI:10.12201/bmr.202507.00028
声明:预印本系统所发表的论文仅用于最新科研成果的交流与共享,未经同行评议,因此不建议直接应用于指导临床实践。

A review of bionic bone tissue engineering porous scaffold design

Corresponding author: 黄歆旖, 3597323843@qq.com
  • 摘要:仿生骨组织工程凭借其诱导功能性骨再生、调控应力屏障效应等优势,逐渐取代传统骨移植技术成为骨缺损治疗领域的焦点,其通过仿生设计、生物制造和智能调控推动骨再生从“结构替代”到“功能重建”的跨越。为设计出良好的仿生骨模型并实现结构优化,本文系统整理了仿生骨组织工程领域的最新研究进展,重点探讨不同仿生模型在骨组织工程中的应用效能,以及骨组织模型结构仿生与功能仿生之间的联系。众多研究结果表明,采用三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surface, TPMS)拓扑优化配合几何特征重构技术,可显著改善骨支架的生物活性与力学性能,而分层次梯度建模体系为骨组织工程提供了创新性的解决方案,通过内外结构的协同设计有效提升植入体的生物整合效率。这种多尺度仿生设计方法不仅突破了传统制造技术的局限,更为个性化骨修复体的开发奠定了理论基础。如何构建出同时满足生物力学适配性和多级化孔隙结构的理想骨支架依然会成为未来骨组织工程研究的重点。

    关键词: 骨组织工程结构优化功能仿生三周期极小曲面(TPMS)

     

    Abstract: Bionic bone tissue engineering has gradually replaced the traditional bone grafting technology as the focus of bone defect treatment due to its advantages of inducing functional bone regeneration and modulating the stress barrier effect, etc. Bionic bone tissue engineering promotes bone regeneration from “structural replacement”to “functional reconstruction” through biomimetic design, biofabrication, and intelligent regulation. In order to design suitable bionic bone models and achieve structural optimization, this paper systematically compiles the latest research progress in the field of bionic bone tissue engineering, focusing on the application efficacy of different bionic models in bone tissue engineering, as well as the connection between structural bionic and functional bionic of bone tissue models. Numerous research results show that the use of Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) topology optimization coupled with geometric feature reconstruction can significantly improve the bioactivity and mechanical properties of bone scaffolds, while the hierarchical sub-gradient modeling system provides an innovative solution for bone tissue engineering, which can effectively enhance the bio-integration efficiency of implants through the synergistic design of the internal and external structures. The bio-integration efficiency of the implant can be effectively improved through the synergistic design of internal and external structures. This multi-scale biomimetic design method not only breaks through the limitations of traditional manufacturing technology, but also lays a theoretical foundation for the development of personalized bone prostheses. How to construct idealized bone scaffolds with biomechanical fitness and multistage pore structure will be the focus of bone tissue engineering research in the future.

    Key words: bone tissue engineering; structural optimization; biomimetic function; three-period minimal surface (TPMS)

    提交时间:2025-07-08

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  • 序号 提交日期 编号 操作
    1 2025-05-11

    bmr.202507.00028V1

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黄歆旖. 仿生骨组织工程多孔支架设计综述. 2025. biomedRxiv.202507.00028

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