Diseño Mecánico de una Nueva Estructura de Rejilla Gradualmente Funcional para Andamios de Huesos Largos
Autores: Distefano, Fabio; Epasto, Gabriella; Zojaji, Mahsa; Ploeg, Heidi-Lynn
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Diseño Mecánico de una Nueva Estructura de Rejilla Gradualmente Funcional para Andamios de Huesos Largos
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Estructuras celulares
Estructuras en red
Andamios porosos
Propiedades mecánicas
Rigidez a la flexión
Aplicaciones biomédicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
Las estructuras de celosía de Ti6Al4V de celda abierta han encontrado aplicación en andamios porosos que pueden igualar las propiedades del hueso humano, que consiste en una densa capa cortical y un núcleo esponjoso menos denso, con una densidad aparente que varía de 1.3 a 2.1 g/cm y de 0.1 a 1.3 g/cm, respectivamente. La implantación de andamios porosos es esencial para tratar grandes defectos óseos y debe imitar el comportamiento geométrico y mecánico del hueso natural. Las estructuras de celosía con gradación funcional ofrecen variación espacial en las propiedades mecánicas, lo que las hace adecuadas para aplicaciones biomédicas. Si bien el comportamiento mecánico de las estructuras de celosía se evalúa típicamente bajo compresión, sus propiedades de flexión siguen siendo en gran medida inexploradas. El objetivo de esta investigación es evaluar la rigidez a la flexión de un nuevo material de celosía, a saber, Anillos Octagonales Triplemente Dispuestos (TAORs), con arquitecturas tanto uniformes como con gradación funcional, para reproducir las propiedades de flexión de los huesos largos. Se han diseñado andamios de aleación de titanio con una celda TAOR, cuyas densidades relativas varían del 10% al 40% con secciones completas y huecas. Se llevaron a cabo consideraciones morfológicas durante el proceso de diseño para obtener una geometría de andamio que cumpla con las características óptimas requeridas para promover la osteointegración. Se desarrolló un modelo de elementos finitos (FE) no lineal. Se simularon pruebas de flexión de tres y cuatro puntos, y los resultados se compararon con los de un sustituto óseo para huesos largos. Los andamios con densidades relativas del 10% y 20% mostraron una rigidez a la flexión cercana a la del sustituto óseo y demostraron ser candidatos potenciales para su aplicación en dispositivos biomédicos para huesos largos.
Descripción
Las estructuras de celosía de Ti6Al4V de celda abierta han encontrado aplicación en andamios porosos que pueden igualar las propiedades del hueso humano, que consiste en una densa capa cortical y un núcleo esponjoso menos denso, con una densidad aparente que varía de 1.3 a 2.1 g/cm y de 0.1 a 1.3 g/cm, respectivamente. La implantación de andamios porosos es esencial para tratar grandes defectos óseos y debe imitar el comportamiento geométrico y mecánico del hueso natural. Las estructuras de celosía con gradación funcional ofrecen variación espacial en las propiedades mecánicas, lo que las hace adecuadas para aplicaciones biomédicas. Si bien el comportamiento mecánico de las estructuras de celosía se evalúa típicamente bajo compresión, sus propiedades de flexión siguen siendo en gran medida inexploradas. El objetivo de esta investigación es evaluar la rigidez a la flexión de un nuevo material de celosía, a saber, Anillos Octagonales Triplemente Dispuestos (TAORs), con arquitecturas tanto uniformes como con gradación funcional, para reproducir las propiedades de flexión de los huesos largos. Se han diseñado andamios de aleación de titanio con una celda TAOR, cuyas densidades relativas varían del 10% al 40% con secciones completas y huecas. Se llevaron a cabo consideraciones morfológicas durante el proceso de diseño para obtener una geometría de andamio que cumpla con las características óptimas requeridas para promover la osteointegración. Se desarrolló un modelo de elementos finitos (FE) no lineal. Se simularon pruebas de flexión de tres y cuatro puntos, y los resultados se compararon con los de un sustituto óseo para huesos largos. Los andamios con densidades relativas del 10% y 20% mostraron una rigidez a la flexión cercana a la del sustituto óseo y demostraron ser candidatos potenciales para su aplicación en dispositivos biomédicos para huesos largos.