شبیه‌سازی انتقال مومنتوم و جرم در داربست سه‌بعدی متخلخل

کشت موفقیت‌آمیز سلول در داربست‌های سه‌بعدی با سایز بزرگ یکی از چالش‌های مهم در مهندسی بافت بوده و نیازمند کنترل محیط از نظر خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی است. اخیرا استفاده از چاپ‌گرها جهت ساخت داربست های سه بعدی با استفاده از آرایش ساختاری فیبرها بسیار توسعه یافته است، چرا که امکان مشخص کردن طرح ساختاری هندسه‌ی داربست قبل از ساخت را فراهم می‌سازد. هدف این مطالعه، آنالیز و بررسی پارامترهای موثر هندسی داربست سه بعدی متخلخل از نظر انتقال جرم و مومنتوم بوده که در این راستا برای حل معادلات انتقال مومنتوم و جرم از نرم‌افزار کامسول استفاده شده است. در داربست های سه‌بعدی، ساختاری بهینه است که محیط مناسب‌تری را برای سلول‌های کشت شده فراهم سازد تا تعداد سلول‌های قرار گرفته در داربست افزایش یابد. غلظت اکسیژنی که به سلول های استخوان می رسد باید بیش‌تر از 0.02 مول‌برمترمکعب باشد تا سلول ها دچار مرگ نشوند. نکته‌ی مهم دیگر این است که تنش برشی وارد بر سلول ها از طرف جریان سیال باید به حدی باشد (بین 5-^10 تا 3-^10 پاسکال) که سلول ها از سطح داربست کنده و جدا نشوند. پس از تغییر پارامترهای هندسی مختلف مانند قطر و فاصله‌ی فیبرها و عرض عبور سیال از بین فیبرها و بررسی نتایج حاصل از شبیه‌سازی، ساختار مناسب از نظر حداکثر تنش برشی وارد بر سلول ها و حداقل غلظت اکسیژن به دست آمده و سپس تاثیر سرعت سیال ووردی بر حداکثر تنش برشی در این ساختار مناسب بررسی شده است. در این ساختار بهینه، قطر فیبرها برابر با 0.25 میلی‌متر، فاصله‌ی بین فیبرها برابر با 0.25 میلی‌متر و عرض عبور سیال برابر با 0.25 میلی‌متر بوده و سرعت ورود سیال برابر با 5*5-^10 متربرثانیه می‌باشد.