预测与优化生物打印支架力学行为的有限元分析模型

生物打印是一种能够根据患者特定几何与组成创建异质组织构建体的赋能生物制造技术。针对特定组织应用需求优化生物墨水是确保生物打印技术临床转化的关键工作。最值得注意的是，需要最佳的水凝胶聚合物浓度以保证生物打印构建体充足的力学性能，同时不对细胞造成显著剪切应力。然而，实验迭代常繁琐于优化生物墨水性能。本工作中，采用有限元建模方法确定不同生物墨水参数（如组成、浓度）对生物打印过程中细胞所受应力范围的影响。还建模了构建体不同部位细胞的应力分布。研究发现，生物墨水化学组成与化学计量浓度均可显著改变细胞所受应力效应。类似地，靠近孔隙区域的软细胞集中处相较于远离孔隙区域细胞周围的冯·米塞斯应力，应力集中增加了近三倍。本研究阐明了有限元模型在生物墨水快速开发中的重要性。