ساخت داربست نانوکامپوزیتی پلی‌کاپرولاکتون- فلوئورآپاتیت توسط پرینت سه‌بعدی و شبیه‌سازی خواص مکانیکی آن

مقدمه: مزایای استفاده از داربست‌های متخلخل نانوبیوکامپوزیت برای کاربرد شکستگی‌های فک و صورت و بهینه‌سازی سطوح داخلی گرافت‌های مصنوعی با استفاده از فناوری نانو می‌تواند چسبندگی سلول‌های استخوانی، خواص مکانیکی و سرعت جذب را بهبود بخشد. مطالعات مختلفی بر روی داربست متخلخل به ویژه برای قسمت‌های شکسته و تخریب شده‌ی استخوان‌های صورت انجام شده است. هدف از این مطالعه، بررسی رفتار زیستی، تجربی و عددی خواص مکانیکی داربست متخلخل است که شرایط بارگذاری استاتیکی را بر عهده دارد. مواد و روش‌ها: در این مطالعه‌ی عددی- آزمایشگاهی (دانشکده‌ی مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی‌شهر، زمستان 1400)، یک داربست استخوانی با استفاده از دستگاه چاپگر سه‌بعدی (three- dimensional printing) با فرایند مدل‌سازی لایه‌نشانی مذاب fdm (fused deposition modelling)، برای استفاده در قسمتی از استخوان فک از مواد نانوکامپوزیتی پلی‌کاپرولاکتون- فلوئورآپاتیت pcl/nfa (polycaprolactone- fluorapatite) که حاوی (0، 10، 20 و 30 درصد وزنی) نانوذرات سرامیک بوده طراحی و ساخته شده است. داربست‌ها با تخلخل 70 درصد در نرم‌افزار سالیدورک طراحی گردید و به نرم‌افزار آباکوس برای فرایند شبیه‌سازی انتقال داده شد. سطح معنی‌داری متغیرهای کمی (0.05 > p value) نیز توسط نرم‌افزار تعیین شد. یافته‌ها: آزمون زیست‌فعالی داربست‌های خالص و کامپوزیتی پس از غوطه‌وری در محلول شبیه‌سازی شده‌ی بدن به مدت 28 روز نشان دادند که در نمونه‌ی کامپوزیتی pcl/20nfa بیشترین آپاتیت بر روی سطح تشکیل شده است. زنده‌مانی سلول‌ها بر روی داربست توسط رنگ‌آمیزی dapi (4′,6-diamidino-2-phenylindole) و میکروسکوپ فلورسنت تایید شد. نتیجه‌گیری: نتایج شبیه‌سازی آزمون فشار و میزان تنش فون‌میسز نشان داد که می‌توان از مدل داربست متخلخل برای جایگزینی در استخوان فک و صورت استفاده کرد که از استحکام و پایداری مکانیکی مناسبی برخوردار است.

three-dimensional printing of a polycaprolactone-fluorapatite nanocomposite scaffold and simulation of its mechanical properties

introduction:the use of porous nanobiocomposite scaffolds for maxillofacial fractures and internal surface optimization of artificial grafts utilizing nanotechnology can improve cell adhesion, mechanical properties, and adsorption rate. porous scaffolds have been the subject of numerous investigations, especially for broken and damaged parts of the facial bone. the goal of this study was to look into the biological, experimental, and numerical study of the mechanical properties of porous scaffolds under static loading conditions.materials& methods:in this study, a bone scaffold of polycaprolactone- fluorapatite (pcl / nfa) nanocomposite materials containing (0, 10, 20, 30 %wt.) fluorapatite nanoparticles was designed and manufactured using a 3d printer with fused deposition modelling (fdm) process. the scaffolds were designed in solidworks software with 70% porosity and then transferred to abaqus software for simulation.results:in addition, following 28 days of immersion in the simulated body fluid, the bioactivity test of pure and composite scaffolds showed that the pcl /20nfa composite sample produced the most apatite on the surface. dapi staining and fluorescent microscopy observation, confirm cell viability on the 3d printed scaffold.conclusion:the von mises stress and compressive test simulations revealed that the porous scaffold model may be used for maxillofacial bone replacement and has good mechanical strength and stability.