基于挤出的组织工程水凝胶支架各向异性数值建模
组织与器官
2024-12-31 v4 分子网络
摘要
基于挤出的3D打印是组织工程中广泛使用的工具，可精确三维控制生物墨水以构建具有分级组织化细胞支架的器官尺寸生物材料物体。支架组分的内部分布必须复制目标组织的结构各向异性，以在3D细胞培养中有效促进细胞行为。生物墨水中聚合物的选择以及挤出过程的拓扑特性显著影响组织工程构建体的结构各向异性和细胞响应。我们的研究采用了由纤维蛋白原、海藻酸盐和明胶组成的水凝胶生物墨水，提供了生物相容性、可打印性和打印后的形状保持能力。流动聚合物中的拓扑特性由大分子构象即取向和拉伸程度决定。我们利用微宏方法描述挤出过程中水凝胶大分子取向，提供双尺度流体行为描述。该研究旨在使用Fokker-Planck方程表示基于挤出的3D打印过程中水凝胶代表性单元体积内组分群体（聚合物链）的状态。我们的结果表明，高剪切速率在管状喷嘴注射器装置中驱动组分取向，克服了流体流变行为。此外，代表微观流体粒子相互作用的相互作用系数（C_i）在组分取向预测中超过了水凝胶行为。该方法提供了一个初步但稳健的框架来建模支架各向异性，从而在计算可行的前提下优化挤出过程。
引用
@article{arxiv.2310.02734,
title = {Numerical modeling of hydrogel scaffold anisotropy during extrusion-based 3D printing for tissue engineering},
author = {V. T. Mai and R. Chatelin and E. -J. Courtial and C. Boulocher and R. Rieger},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.02734},
year = {2024}
}