شبیه سازی انتقال مومنتوم و جرم در داربست سه بعدی متخلخل

Abstract

کشت موفقیت آمیز سلول در داربست های سه بعدی با سایز بزرگ یکی از چالش های مهم درمهندسی بافت می‌باشد و نیازمند کنترل محیط از نظر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی است. اخیرا استفاده از چاپگر ها جهت ساخت داربست-های سه‌بعدی با استفاده از آرایش ساختاری فیبرها، توسعه بسیاری یافته است، چرا که طرح ساختاری هندسه داربست را می‌توان قبل از ساخت مشخص کرد. هدف مطالعه فعلی، آنالیز و بررسی پارامترهای موثر هندسی داربست سه‌بعدی متخلخل از نظر انتقال جرم و مومنتوم می‌باشد که در این راستا از نرم افزار کامسول استفاده شده و معادلات انتقال مومنتوم و جرم حل شده‌اند. در داربست‌های سه بعدی، ساختاری بهینه است که محیط مناسب تری را برای سلول های کشت شده فراهم کند تا تعداد سلولهای قرار گرفته در داربست افزایش یابند. غلظت اکسیژنی که به سلول‌های استخوان می‌رسد باید بیشتر از 02/0 مول بر مترمکعب باشد تا سلول‌ها دچار مرگ نشوند. نکته مهم دیگر نیز این است که تنش برشی وارد بر سلول‌ها از طرف جریان سیال باید به حدی باشد (بین 5-10 تا 3-10 پاسکال) که سلول‌ها از سطح داربست کنده و جدا نشوند. پس از تغییر پارامترهای مختلف هندسی مانند قطر و فاصله فیبرها و عرض عبور سیال از بین فیبرها و بررسی نتایج حاصل از شبیه سازی، ساختار مناسب از نظر حداکثر تنش برشی وارد بر سلول‌ها و حداقل غلظت اکسیژن به دست آمد و سپس تاثیر سرعت سیال ووردی بر حداکثر تنش برشی در این ساختار مناسب بررسی شد. در این ساختار بهینه، قطر فیبرها برابر 25/0 میلیمتر، فاصله بین فیبرها برابر 25/0 میلیمتر و عرض عبور سیال برابر 25/0 میلیمتر است و سیال با سرعت 5-10×5 متر بر ثانیه وارد می شود.