پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 7 |
| تعداد شماره‌ها | 399 |
| تعداد مقالات | 5,389 |
| تعداد مشاهده مقاله | 5,288,013 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,882,754 |
طراحی سه بعدی و تحلیل المان محدود داربست مهندسی بافت به منظور کاربرد در درمان بافت استخوانی آسیب دیده | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 6، دوره 54، شماره 12، اسفند 1401، صفحه 2801-2820 اصل مقاله (1.48 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2023.21309.7421 | ||
| نویسندگان | ||
| محمدجواد خوش‌گفتار* ؛ حمیدرضا انصاری | ||
| گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران | ||
| چکیده | ||
| نقص‌های اساسی استخوان بویژه در استخوان‌های بلند مانند استخوان ران، که می‌توانند نتیجه ضربه، تومور و یا عفونت استخوان باشند، از متداول‌ترین آسیب‌هایی هستند که انسان در زندگی روزمره با آن‌ها روبه‌رو می‌شود. در این پژوهش، روندی کاربردی و با دقت مطلوب برای طراحی داربست مهندسی بافت استخوان برای کاربرد در درمان آسیب‌های استخوانی ارائه گردیده است. بدین منظور، تصاویر سی‌تی اسکن از ناحیه مربوط به استخوان ران انسان تهیه شد. با استفاده از این تصاویر، مدل‌های سه بعدی از قسمت‌های قشری و اسفنجی استخوان ران ساخته شد. یک نقص استخوانی ناشی از آسیب استخوان، در قسمت‌های قشری و اسفنجی ایجاد گردید. به منظور بررسی تأثیر تخلخل بر مدول یانگ سلول واحد، از تحلیل المان محدود استفاده شد. در نهایت با استفاده از نتایج حاصل از تحلیل المان محدود، سلول واحد با اندازه ضلع 0/972میلی‌متر و اندازه منفذ 0/6 میلی‌متر برای بازسازی قسمت قشری و سلول واحد با اندازه ضلع 0/972 میلی‌متر و اندازه ضخامت پایه 0/165 میلی متر برای بازسازی قسمت اسفنجی طراحی شده و در ساختار داربست مورد استفاده قرار گرفت. داربست طراحی شده در این پژوهش دارای هندسه‌ای منطبق بر هندسه قسمت آسیب دیده در حالت ایده‌آل خود بوده و به خوبی شرایط مورد نیاز برای تکثیر سلولی و انتشار مواد غذایی را فراهم می‌کند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| مهندسی بافت؛ داربست؛ سلول واحد؛ بافت استخوانی؛ درمان آسیب استخوانی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Three Dimensional Design and Finite Element Analysis of Scaffold for Use in Damaged Bone Tissue | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mohammad Javad Khoshgoftar؛ Hamidreza Ansari | ||
| Department of Mechanical Engineering, Arak University, Arak, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Major bone defects, especially in long bones such as the femur, which can result from trauma, tumor, or bone infection, are among the most common injuries a person faces daily. This research presents a practical and accurate process for designing bone tissue engineering scaffolds to treat bone injuries. For this purpose, computed tomography-Scan images of the area related to the human femur were obtained. A bone defect caused by bone damage was made in the cortical and trabecular parts. Next, the outer surface of the damaged parts was designed with an ideal geometry. The design of the unit building cell of the internal structure of the scaffold was also done with simple cubic geometry. Finite element analysis was used to investigate the effect of porosity on the Young modulus of the unit cell. Finally, using the results of finite element analysis, a unit cell with an edge size of 0.972 mm and pore size of 0.6 mm was designed to reconstruct the cortical part, and a unit cell with an edge size of 0.972 mm and a strut thickness of 0.165 mm was designed to rebuild the trabecular part. The scaffold designed in this study has a geometry that matches the geometry of the damaged part in its ideal state and provides the necessary conditions for cell proliferation and diffusion of nutrients. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Tissue engineering, Scaffold, Unit cell, Bone tissue, Bone injury treatment | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] Y. Ikada, Challenges in tissue engineering, Journal of the Royal Society Interface, 3(10) (2006) 589-601. [2] A.J. Salgado, J.M. Oliveira, A. Martins, F.G. Teixeira, N.A. Silva, N.M. Neves, N. Sousa, R.L. Reis, Tissue engineering and regenerative medicine: past, present, and future, International review of neurobiology, 108 (2013) 1-33. [3] P.K. Chandra, S. Soker, A. Atala, Tissue engineering: Current status and future perspectives, Principles of tissue engineering, (2020) 1-35. [4] S.M. Giannitelli, D. Accoto, M. Trombetta, A. Rainer, Current trends in the design of scaffolds for computer-aided tissue engineering, Acta biomaterialia, 10(2) (2014) 580-594. [5] F.P. Melchels, K. Bertoldi, R. Gabbrielli, A.H. Velders, J. Feijen, D.W. Grijpma, Mathematically defined tissue engineering scaffold architectures prepared by stereolithography, Biomaterials, 31(27) (2010) 6909-6916. [6] J.W. Cho, B.S. Kim, D.H. Yeo, E.J. Lim, S. Sakong, J. Lim, S. Park, Y.H. Jeong, T.G. Jung, H. Choi, 3D‐printed, bioactive ceramic scaffold with rhBMP‐2 in treating critical femoral bone defects in rabbits using the induced membrane technique, Journal of Orthopaedic Research®, 39(12) (2021) 2671-2680. [7] N. Taniguchi, S. Fujibayashi, M. Takemoto, K. Sasaki, B. Otsuki, T. Nakamura, T. Matsushita, T. Kokubo, S. Matsuda, Effect of pore size on bone ingrowth into porous titanium implants fabricated by additive manufacturing: An in vivo experiment, Materials Science and Engineering: C, 59 (2016) 690-701. [8] I. Zein, D. Hutmacher, S. Teoh, K. Tan, Poly (e-caprolactone) scaffolds designed and fabricated by fused deposition modeling, Biomaterials, 23(4) (2002) 1169-1185. [9] I. Denry, L.T. Kuhn, Design and characterization of calcium phosphate ceramic scaffolds for bone tissue engineering, Dental Materials, 32(1) (2016) 43-53. [10] F.P. Melchels, A.M. Barradas, C.A. Van Blitterswijk, J. De Boer, J. Feijen, D.W. Grijpma, Effects of the architecture of tissue engineering scaffolds on cell seeding and culturing, Acta biomaterialia, 6(11) (2010) 4208-4217. [11] B. Starly, W. Lau, T. Bradbury, W. Sun, Internal architecture design and freeform fabrication of tissue replacement structures, Computer-Aided Design, 38(2) (2006) 115-124. [12] S. Wang, L. Liu, K. Li, L. Zhu, J. Chen, Y. Hao, Pore functionally graded Ti6Al4V scaffolds for bone tissue engineering application, Materials & Design, 168 (2019) 107643. [13] F.H. Netter, Atlas of human anatomy, Professional Edition E-Book: including NetterReference. com Access with full downloadable image Bank, Elsevier health sciences, 2014. [14] V. Iraimudi, S.R. Begum, G. Arumaikkannu, R. Narayanan, Design and fabrication of customised scaffold for femur bone using 3D printing, Advanced Materials Research, 845 (2014) 920-924. [15] L. Wang, J. Kang, C. Sun, D. Li, Y. Cao, Z. Jin, Mapping porous microstructures to yield desired mechanical properties for application in 3D printed bone scaffolds and orthopaedic implants, Materials & Design, 133 (2017) 62-68. [16] S.E. Alkhatib, F. Tarlochan, H. Mehboob, R. Singh, K. Kadirgama, W.S.B.W. Harun, Finite element study of functionally graded porous femoral stems incorporating body‐centered cubic structure, Artificial organs, 43(7) (2019) E152-E164. [17] J. Wieding, A. Wolf, R. Bader, Numerical optimization of open-porous bone scaffold structures to match the elastic properties of human cortical bone, Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 37 (2014) 56-68. [18] S. Cahill, S. Lohfeld, P.E. McHugh, Finite element predictions compared to experimental results for the effective modulus of bone tissue engineering scaffolds fabricated by selective laser sintering, Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 20 (2009) 1255-1262. [19] K. Hazlehurst, C.J. Wang, M. Stanford, Evaluation of the stiffness characteristics of square pore CoCrMo cellular structures manufactured using laser melting technology for potential orthopaedic applications, Materials & Design, 51 (2013) 949-955. [20] R. Wauthle, S.M. Ahmadi, S.A. Yavari, M. Mulier, A.A. Zadpoor, H. Weinans, J. Van Humbeeck, J.-P. Kruth, J. Schrooten, Revival of pure titanium for dynamically loaded porous implants using additive manufacturing, Materials Science and Engineering: C, 54 (2015) 94-100. [21] A.A. Oshkour, H. Talebi, S.F. Seyed Shirazi, Y.H. Yau, F. Tarlochan, N.A. Abu Osman, Effect of geometrical parameters on the performance of longitudinal functionally graded femoral prostheses, Artificial organs, 39(2) (2015) 156-164. [22] N. Sultana, Mechanical and biological properties of scaffold materials, Functional 3D tissue engineering scaffolds, (2018) 1-21. [23] D. Gautam, V.K. Rao, Nondestructive evaluation of mechanical properties of femur bone, Journal of Nondestructive Evaluation, 40(1) (2021) 22. [24] H. Montazerian, E. Davoodi, M. Asadi-Eydivand, J. Kadkhodapour, M. Solati-Hashjin, Porous scaffold internal architecture design based on minimal surfaces: a compromise between permeability and elastic properties, Materials & Design, 126 (2017) 98-114. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 305 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 474 |
||
