仿生骨组织工程支架：基于三周期极小曲面结构的渗透性与弹性模量新型方程研究

本研究针对骨组织工程中三周期极小曲面（TPMS）支架渗透性与力学性能难以协同优化的难题，通过实验与数值模拟系统分析了Primitive（P）、Diamond（D）、Gyroid（G）三种拓扑结构。研究创新性提出孔隙率分级设计策略，建立渗透率与弹性模量的预测方程，证实Primitive结构兼具最高渗透率与优异力学性能，为减少原型试验、加速个性化骨修复支架设计提供理论工具。

　　

在骨组织工程领域，三周期极小曲面（Triply Periodic Minimal Surface, TPMS）支架因其独特的几何特性备受关注。这项研究通过精巧的实验设计和数值模拟，深入解析了Primitive（P）、Diamond（D）、Gyroid（G）三种典型TPMS结构的性能奥秘。

科研人员构建了18组均质孔隙支架（孔径600/800/1200?μm）和3组梯度孔隙支架，惊喜地发现：当采用仿生学的孔隙率分级设计时，支架不仅能更好地模拟天然骨组织的异质性，还在渗透性和力学性能之间取得了精妙平衡。其中Primitive结构展现出"双冠王"特质——既拥有最高的流体渗透性，又保持出色的弹性模量。

更令人振奋的是，研究打破了"高孔隙率必然导致低壁面剪切应力"的传统认知。通过建立渗透率与孔径、弹性模量与孔隙率的定量关系方程，为临床前研究提供了强大的预测工具。这些发现已通过显微结构分析和体内实验双重验证，为下一代个性化骨修复材料的智能设计点亮了指路明灯。