使用有限元建模来推进3D生物打印的挑战和前景
Anahita Ahmadi Soufivand1, Sang Jin Lee2, Tomasz Jüngst3
1Department of Mechanical Engineering, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Dr.-Mack-Straße 81, Technikum 1, Level 4/ Floor 3, Fürth, Bavaria, 90762, GERMANY.
概括
有限元素方法 (FEM) 模拟通过预测和完善构造属性来优化三维生物打印. 这种计算方法提高了机械稳定性和生物功能,加速了组织工程的进步.
科学领域:
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
- 生物医学工程 生物医学工程
- 计算力学 计算力学 计算力学
背景情况:
- 三维生物打印提供了精确的组织替代品制造,但由于复杂的过程参数而面临挑战.
- 传统的生物制造方法有局限性,生物打印旨在克服这些局限性.
- 有限元法 (FEM) 是生物医学研究中一个有价值的计算工具.
研究的目的:
- 系统地审查有限元法 (FEM) 在基于挤出的三维生物打印中的应用.
- 检查FEM在印刷前,印刷和印刷后阶段的作用.
- 突出FEM对优化生物打印过程和增强构造属性的贡献.
主要方法:
- 对生物打印中的FEM应用现有文献的审查.
- 对FEM模拟*in vitro*和*in vivo*负载条件的能力的分析.
- 检查FEM在预测应力分布和机械变形方面的作用.
主要成果:
- FEM能够预测和优化组织结构特性,包括机械稳定性和生物功能.
- 模拟提供了对内部应力和变形等关键参数的洞察,这些参数很难通过实验来测量.
- 由FEM驱动的优化减少了材料的使用,提高了可复制性,并加快了生物打印结构的设计过程.
结论:
- FEM是一种强大的工具,可以增强机械稳定和生物功能生物打印结构的理解和开发.
- 目前的FEM工具需要进步,以充分捕捉生物打印的动态,多尺度的性质,包括细胞矩阵相互作用和构造成熟.
- 将精细的FEM模拟集成到自适应生物打印工作流程中,有可能在组织工程和再生医学中进行变革性的创新.
