بررسي عددي و تجربي داربست‌هاي مختلف استخواني بر انتقال جرم و مدول الاستيسيته

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

چكيده داربست‌هاي مهندسي بافت به ‌عنوان بستر مصنوعي براي رشد سلول‌ها و چهارچوبي جهت ترميم استخوان‌هاي آسيب‌ديده، نقش مهمي در موفقيت درمان‌هاي بازسازي استخوان دارند. عملكرد اين داربست‌ها به‌طور هم‌زمان، به سفتي و توانايي مناسب آن‌ها در انتقال مواد وابسته است. ساختار‌هاي هندسي و درصد تخلخل داربست‌ها، مهم‌ترين پارامترهاي تعيين كنندۀ سفتي و قابليت انتقال جرم در آن‌ها هستند. هدف از اين پژوهش، بررسي تاثير هندسه ساختار و درصد تخلخل در انواع مختلف داربست‌هاي استخواني بر ويژگي‌هاي مكانيكي و بيولوژيكي آن‌ها است. در اين پژوهش شش مدل ساختار متخلخل متفاوت از جمله ساختارهاي ورونويي، تي‌پي‌ام‌اس، ايزوتراس، اوكتت، ترانكيتد كيوب و وير-فلن با درصد تخلخل‌هاي 60، 70 و 80 مورد بررسي قرارگرفتند. ساختارهاي هدف، با استفاده از نرم‌افزار طراحي ان‌تاپ مدل‌سازي شدند و براي ارزيابي سفتي، نمونه‌هاي داربستي با استفاده از دستگاه چاپ سه‌بعدي با رشته ذوب‌ شده و با استفاده از فيلامنت پلي‌لاكتيك اسيد پلاس ساخته شده و تحت آزمايش فشار قرار گرفتند؛ همچنين جهت بررسي انتقال جرم، فرآيند نفوذ و حركت مواد مغذي در داربست‌ها با بهره‌گيري از نرم‌افزار كامسول شبيه‌سازي شد. پارامتر كمّي جهت بررسي قابليت انتقال جرم، افت فشار در مسير عبور سيّال در داربست بوده و جهت بررسي سفتي مكانيكي، پارامتر مدول الاستيسيتۀ داربست‌ها مورد بررسي قرار‌ گرفت. نتايج به دست‌آمده نشان داد كه افزايش تخلخل موجب بهبود نفوذپذيري و انتقال جرم در داربست‌ها مي‌شود، در حالي كه سفتي مكانيكي آن‌ها كاهش مي‌يابد. همچنين ميزان افت فشار و مدول الاستيسيته در درصد تخلخل‌هاي 60 تا 80 براي هر داربست متفاوت بوده و بستگي به عواملي همچون هندسۀ سطوح و پيچيدگي ساختاري هر داربست دارد. از ميان داربست‌هايي كه مورد بررسي قرار گرفتند داربست با ساختار ترانكيتد كيوب بهترين عملكرد را از نظر قابليت انتقال جرم و سفتي از خود نشان داد و ساختار تي‌پي‌ام‌اس به دليل پيچيدگي و وجود سطوح پيوسته و كمينه هندسه، از نظر انتقال جرم و سفتي، در مقايسه با ديگر ساختارها، رفتار ضعيف‌تري از خود نشان داد. در درصد تخلخل‌هاي 60، 70 و 80 مدول الاستيسيته، ساختار ترانكيتد كيوب به ترتيب 8/283، 201 و 5/84 مگاپاسكال و افت فشار آن 428، 246 و 151 ميلي‌پاسكال بود كه به معني بيش‌ترين استحكام مكانيكي و بهترين قابليت انتقال جرم در ميان ساختارها بود. مدول الاستيسيته ساختار تي‌پي‌ام‌اس در درصد تخلخل‌هاي 60، 70 و 80 به ترتيب 1/79، 5/46 و 2/19 مگاپاسكال و افت فشار آن به ترتيب 1524، 978 و 700 ميلي‌پاسكال بود. تحليل هم‌زمان داده‌هاي تجربي و شبيه‌سازي‌هاي عددي، محدودۀ مناسب از تخلخل و هندسۀ داربست را بسته به كاربرد مورد نياز مشخص كرد كه تعادلي بين سفتي و قابليت انتقال جرم برقرار مي‌سازد. نتايج نشان داد انتخاب نوع داربست و درصد تخلخل بايد به صورت هدف محور انجام شود. يافته‌هاي اين تحقيق مي‌تواند به‌عنوان راهنمايي مؤثر در طراحي داربست‌هاي استخواني با عملكرد بهينه در مهندسي بافت، مورد استفاده قرار گيرد.

236175

ساخت و توليد

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان