骨髓是主要的造血器官,存在于成人体内多孔介质的松质骨腔隙中,具有复杂的力学环境。三维灌注系统提供空间骨髓梯度、密集的细胞分布,能更好地模拟造血微环境,已广泛应用于体外干细胞培养。其中支架结构与细胞活动紧密相关,且动态培养时因流体流动产生的力学刺激对干细胞生物功能具有重要影响,种种研究表明支架的形态结构很可能作为模拟骨髓力学环境的关键因素在诱导红细胞生成时发挥作用。然而目前的实验手段难以准确测得支架内的力学环境参数,通过有限元分析方法可以很好地解决这一问题。因此,本研究采用支架设计与有限元仿真技术相结合的方法,建立了具有不同形态的支架模型,对支架的渗透性以及施加不同流速时支架内力学环境进行定量分析。主要内容和结果如下:一、天然脱细胞松质骨支架制备及结构研究:利用micro-CT等多种方法表征并分析松质骨支架,得到其孔径分布50-800μm,壁厚集中在50-150μm间,从中提取松质骨结构有效参数,并提出三种孔隙形状分别为圆形、方形和正六边形,用于后续理想模型的设计。二、建立理想支架模型并分析支架的物质输运特性:利用Solidworks建模软件建立了三种不同孔隙形态（圆形、方形和正六边形）和不同的孔隙率（55%、70%、85%）的多孔支架结构。结果表明,支架性能对于孔隙率的变化比孔隙形状的变化更为敏感。改变支架的孔隙形状对支架的整体流通性、渗透性以及速度和压力分布的影响不大;改变孔隙率,对支架的渗透性和流场分布有明显影响。在所有的支架模型中,孔隙率为85%的圆形孔隙支架的渗透性最接近人的松质骨渗透率,方形孔隙支架由于渗透性最高更利于细胞培养时营养物质输运和废物排泄。三、分析不同支架形态在不同流速下的力学环境:对支架力学环境的仿真结果表明,力学刺激的分布受到孔隙率和支架形态的共同调控。低孔隙率的支架中,正六边形支架内壁面剪切力（Wall shear stress,WSS）易出现极值,方形和圆形支架的力学环境更适合细胞培养;在高孔隙率的支架中,WSS的分布更均匀,尤其正六边形支架。WSS随着孔隙率的增大而逐渐减小。由于入口流速与支架内平均剪切力呈正相关,通过控制流速可调整支架内力学刺激,达到利于干细胞培养的造血力学微环境。本研究多角度评价了支架的性能,为体外模拟骨髓造血微环境时支架结构的设计和流速施加范围提供理论依据。所建立的九种不同形态的支架模型可以作为研究体外灌注培养实验的基础,为体外培养条件下支架的应用以及细胞所处力学环境提供更为直观的分析。