有限元素和密度函数理论建模有效预测氧酸涂层纯的穴位降解

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 计算建模 计算建模
• 整形外科工程 整形外科工程

背景情况:

• 可降解的骨科植入物提供了永久固定装置的替代方案,可能减少疼痛和需要切除手术的需要.
• (Mg) 和其合金是植入物的有希望的生物材料,因为它们具有类似骨的机械特性,但纯Mg降解得太快了.
• 酸 (HA) 涂层可以控制基于Mg的植入物的降解速度,模仿骨的矿物成分.

研究的目的:

• 开发和实施有限元素 (FE) 模型,以预测纯Mg和HA涂层纯Mg植入物的降解.
• 在FE模型中利用损害演变定律对蚀进行蚀,以模拟生理降解.
• 用实验数据校准FE模型并扩展其应用以预测表面粗度变化.

主要方法:

• 在圆柱形的Mg样本上使用Abaqus/Standard软件进行了有限元素分析 (FEA).
• 一个Fortran用户-材料 (UMAT) 子程序包含了一个测量参数来控制降解速率和材料特性.
• 模拟追踪了120天的元素损坏和移除;密度函数理论 (DFT) 为模型参数提供了物理意义.

主要成果:

• FE模型成功地在120天内可视化了纯Mg和HA涂层纯Mg的降解趋势.
• 与非涂层纯相比,HA涂层的腐蚀率明显较低,降解向内传播.
• 模拟结果与实验性质量损失数据进行校准,验证了模型的预测准确性.

结论:

• 建立了Mg和HA涂层Mg降解的校准计算模型,推进了基于Mg的生物材料研究.
• 该模型准确地预测了退化行为,提供了一个指导下一代骨科植入物开发的工具.
• FEA模拟为控制植入物退化提供了洞察力,以优化骨再生和愈合.