بررسی رفتار مکانیکی داربست های متخلخل بکار رفته در مهندسی بافت استخوان با استفاده از مدل سازی میکرومکانیکی

Abstract

در سال‌های اخیر استفاده از داربست‌های متخلخل برای ترمیم بافت‌های آسیب دیده استخوانی افزایش یافته است. از آنجایی که بدست آوردن خواص مکانیکی اینگونه داربست‌ها با استفاده از روش‌های آزمایشگاهی بسیار زمان‌بر و پرهزینه است، محققان زیادی مطالعات خود را معطوف روش‌های ریاضیاتی در این زمینه نموده‌اند. اما بررسی دقیق مقالات مربوطه مشخص می‌سازد که اکثر مدل‌های ارائه شده براساس روش اجزای محدود بوده و کمتر به صورت تئوری به این موضوع پرداخته شده است. در این مقاله روش‌های میکرومکانیکی مختلف برای بدست آوردن خواص الاستیک مؤثر داربست‌های استخوانی ارائه شده‌اند و از آنها برای بررسی خواص مکانیکی داربست‌های مختلف، شامل داربست‌های استخوانی سرامیکی و کامپوزیتی، استفاده شده است. مدل‌سازی داربست‌های سرامیکی به صورت تک مقیاسه و مدل‌سازی داربست‌های کامپوزیتی به صورت چند مقیاسه انجام گرفته است. همچنین به دلیل کاربرد گسترده ماده هیدروکسی آپاتیت در ساخت داربست‌های استخوانی، در ادامه این پژوهش خواص مکانیکی داربست‌های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل‌های مختلف با روش‌های ارائه شده بدست آمده است. نتایج نشان می‌دهند که مدل‌های دیوی، خودسازگاری و دیفرانسیلی، به ترتیب، دارای بیشترین دقت در محاسبه مقدار مدول یانگ این داربست‌ها در محدوده تخلخل‌های زیر 30 درصد، 30 تا 60 درصد و بالای 60 درصد هستند. همچنین روش خودسازگاری تخمین مناسبی از مقدار ضریب پواسون داربست‌های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل‌های مختلف ارائه می‌دهد. با بدست آوردن مقادیر خواص مکانیکی داربست‌ها در تخلخل‌های مختلف با استفاده از این مدل‌ها و استفاده از تحلیل‌های آماری، رابطه ریاضی میان درصد تخلخل و خواص مکانیکی آنها (مدول یانگ و ضریب پواسون) بدست آمده است.