بررسی رفتار مکانیکی داربست های متخلخل بکار رفته در مهندسی بافت استخوان با استفاده از مدل سازی میکرومکانیکی

در سال های اخیر استفاده از داربست های متخلخل برای ترمیم بافت های آسیب دیده استخوانی افزایش یافته است. از آنجایی که بدست آوردن خواص مکانیکی اینگونه داربست ها با استفاده از روش های آزمایشگاهی بسیار زمان بر و پرهزینه است، محققان زیادی مطالعات خود را معطوف روش های ریاضیاتی در این زمینه نموده اند. اما بررسی دقیق مقالات مربوطه مشخص می سازد که اکثر مدل های ارائه شده براساس روش اجزای محدود بوده و کمتر به صورت تئوری به این موضوع پرداخته شده است. در این مقاله روش های میکرومکانیکی مختلف برای بدست آوردن خواص الاستیک موثر داربست های استخوانی ارائه شده اند و از آنها برای بررسی خواص مکانیکی داربست های مختلف، شامل داربست های استخوانی سرامیکی و کامپوزیتی، استفاده شده است. مدل سازی داربست های سرامیکی به صورت تک مقیاسه و مدل سازی داربست های کامپوزیتی به صورت چند مقیاسه انجام گرفته است. همچنین به دلیل کاربرد گسترده ماده هیدروکسی آپاتیت در ساخت داربست های استخوانی، در ادامه این پژوهش خواص مکانیکی داربست های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل های مختلف با روش های ارائه شده بدست آمده است. نتایج نشان می دهند که مدل های دیوی، خودسازگاری و دیفرانسیلی، به ترتیب، دارای بیشترین دقت در محاسبه مقدار مدول یانگ این داربست ها در محدوده تخلخل های زیر 30 درصد، 30 تا 60 درصد و بالای 60 درصد هستند. همچنین روش خودسازگاری تخمین مناسبی از مقدار ضریب پواسون داربست های هیدروکسی آپاتیتی در تخلخل های مختلف ارائه می دهد. با بدست آوردن مقادیر خواص مکانیکی داربست ها در تخلخل های مختلف با استفاده از این مدل ها و استفاده از تحلیل های آماری، رابطه ریاضی میان درصد تخلخل و خواص مکانیکی آنها (مدول یانگ و ضریب پواسون) بدست آمده است.