Diseño de andamios basados en la estructura de red de Voronoi que imitan el hueso trabecular y modelado CFD del comportamiento del flujo sanguíneo de ley de potencia no newtoniano
Autores: N. Musthafa, Haja-Sherief; Walker, Jason
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Diseño de andamios basados en la estructura de red de Voronoi que imitan el hueso trabecular y modelado CFD del comportamiento del flujo sanguíneo de ley de potencia no newtoniano
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Sistemas
Palabras clave
Andamios
Ingeniería de tejidos óseos
Método de teselación de Voronoi
Estructuras biomiméticas porosas
Método de Elementos Finitos
Dinámica de fluidos computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 31
Citaciones: Sin citaciones
Diseñar andamios similares a la estructura del hueso trabecular requiere algoritmos especializados. Los diseños de andamios existentes para la ingeniería de tejidos óseos tienen patrones repetidos que no replican la estructura porosa estocástica aleatoria de la arquitectura interna de los huesos. En esta investigación, se aplica el método de teselación de Voronoi para crear estructuras biomiméticas porosas aleatorias. Se creó una malla de volumen a partir de la forma de una fractura de cigoma que actúa como límite para la generación de puntos semilla aleatorios mediante un espaciado de puntos para crear celdas y diagramas de Voronoi. Las retículas de Voronoi se obtuvieron añadiendo grosor a las vigas a los diagramas de Voronoi. Se diseñaron andamios de Voronoi de gradiente de tamaños de poro (19.8 um a 923 um) similares a la estructura del hueso trabecular. Se realizó una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) basada en el Método de Elementos Finitos en todos los andamios de Voronoi diseñados para predecir las caídas de presión y la permeabilidad del comportamiento del flujo sanguíneo no newtoniano utilizando el modelo de material de ley de potencia. Los valores de permeabilidad predichos (0.33 x 10 m a 2.17 x 10 m) de los andamios de Voronoi de la simulación CFD son comparables con la permeabilidad de andamios y especímenes óseos de otros trabajos de investigación.
Descripción
Diseñar andamios similares a la estructura del hueso trabecular requiere algoritmos especializados. Los diseños de andamios existentes para la ingeniería de tejidos óseos tienen patrones repetidos que no replican la estructura porosa estocástica aleatoria de la arquitectura interna de los huesos. En esta investigación, se aplica el método de teselación de Voronoi para crear estructuras biomiméticas porosas aleatorias. Se creó una malla de volumen a partir de la forma de una fractura de cigoma que actúa como límite para la generación de puntos semilla aleatorios mediante un espaciado de puntos para crear celdas y diagramas de Voronoi. Las retículas de Voronoi se obtuvieron añadiendo grosor a las vigas a los diagramas de Voronoi. Se diseñaron andamios de Voronoi de gradiente de tamaños de poro (19.8 um a 923 um) similares a la estructura del hueso trabecular. Se realizó una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) basada en el Método de Elementos Finitos en todos los andamios de Voronoi diseñados para predecir las caídas de presión y la permeabilidad del comportamiento del flujo sanguíneo no newtoniano utilizando el modelo de material de ley de potencia. Los valores de permeabilidad predichos (0.33 x 10 m a 2.17 x 10 m) de los andamios de Voronoi de la simulación CFD son comparables con la permeabilidad de andamios y especímenes óseos de otros trabajos de investigación.