结节软骨样本冷保存期间冷保护剂度的分析,使用同质和多孔材料模型
Anna Skorupa1, Alicja Piasecka-Belkhayat2
1Department of Computational Mechanics and Engineering, Silesian University of Technology, Konarskiego 18A, 44-100, Gliwice, Poland. anna.skorupa@polsl.pl.
Annals of biomedical engineering
|November 28, 2025
概括
这项研究比较了冷保护剂在软骨中扩散的均质和多孔模型. 多孔模型产生较低的有效扩散系数,这对于优化冷保存协议至关重要.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 生物物理学的生物物理.
背景情况:
- 关节软骨的冷保存对于组织工程和再生医学至关重要.
- 了解冷保护剂 (CPA) 扩散对于冷保存期间的细胞活力至关重要.
- 对CPA扩散的准确建模需要考虑生物组织的复杂材料特性.
研究的目的:
- 在冷保存期间计算CPA在关节软骨中的有效扩散系数.
- 为了比较CPA扩散的同质和多孔材料模型的预测准确度.
- 研究温度和CPA度对有效扩散系数的影响.
主要方法:
- 使用爱因斯坦-斯托克斯和阿雷尼乌斯模型对同质材料进行有效扩散系数的合质量转移.
- 采用多孔介质模型进行质量转移,与CPA度结合强,与热转移结合弱 (里埃方程).
- 验证模型预测与实验结果对一个选定的冷保存方法的验证.
主要成果:
- 孔隙模型产生了最低的有效扩散系数值.
- 与实验数据相比,最大相对误差为15.82% (同质,爱因斯坦-斯托克斯),5.20% (同质,阿雷尼乌斯) 和24.96% (多孔).
- 降低温度和增加二甲基硫氧化物 (DMSO) 度降低了有效扩散系数.
结论:
- 关节软骨的多孔性显著影响CPA扩散动态.
- 选择的材料模型极大地影响了有效扩散系数计算的准确性.
- 这种比较分析为优化CPA度和软骨冷保存中的冷却速度提供了洞察力.
