شماره ركورد
24899
شماره راهنما
BIOMED2 238
عنوان
مدلسازي مكانيكي داربست الكترواكتيو پلي كاپرولاكتون - نانوذرات گرافن به روش چاپ سه بعدي براي مهندسي بافت استخوان
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي پزشكي - بيومتريال
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/05/08
صفحه شمار
56 ص .
استاد راهنما
مهدي مهديخاني
كليدواژه فارسي
مدلسازي مكانيكي , چاپ سه بعدي , پلي كاپرولاكتون , نانو ذرات گرافن
چكيده فارسي
با پيشرفتهاي علمي در زمينه مهندسي بافت، استفاده از داربستهاي نانوكامپوزيتي به منظور بهبود بازسازي بافتهاي آسيبديده به ويژه بافت استخوان، اهميت زيادي پيدا كرده است. يكي از اين داربستها كه توجه بسياري را به خود جلب كرده است، داربستهاي الكترواكتيو پلي¬كاپرولاكتون با افزودن نانوذرات گرافن ميباشد.در اين پژوهش با كاهش فواصل بين رشتههاي سازه، مدول الاستيسيته آن افزايش مييابد. يعني نيروي بيشتري براي تغيير شكل سازه مورد نياز است. از طرفي با افزايش فواصل رشته، مدول الاستيسيته سازه كاهش يافته و نيروي كمتري براي تغيير شكل سازه مورد نياز است[5].
نتايج اين مطالعه نشان داد كه افزايش تخلخل، تأثير چشم¬گيري بر خواص مكانيكي داربستهاي پليكاپرولاكتون (PCL) و پليكاپرولاكتون تقويتشده با گرافن اكسايد (PCL+G) دارد. با افزايش فاصله بين ميلهها از 1 ميليمتر به 5/2 ميليمتر، حفرات بزرگتري در ساختار ايجاد شد كه منجر به كاهش سطح مقطع باربر و افزايش تمركز تنش در نواحي بحراني گرديد. اين افزايش تنش، همراه با افزايش جابهجايي و كرنش، نشاندهنده ضعف ساختاري در تخلخلهاي بالاتر بود.در نمونههاي PCL خالص، تنش فون¬ميسز به طور قابل ملاحظهاي افزايش يافت و در تخلخل 5/2 ميليمتري به مقدار حداكثري 8/380 مگاپاسكال رسيد. افزايش تنش در تخلخلهاي بالاتر نشان ميدهد كه ساختار PCL خالص تحت بارگذاري بيشتر مستعد تغيير شكل پلاستيك و شكست مكانيكي است.در نمونههاي تقويتشده با گرافن اكسايد (PCL+G)، با وجود افزايش تخلخل، تنش فون¬ميسز بهطور محسوسي كاهش يافت و حداكثر تنش در تخلخل 5/2 ميليمتري برابر با 363 مگاپاسكال بود. اين كاهش تنش را ميتوان به توزيع يكنواختتر تنش و استحكام ساختاري بيشتر ناشي از حضور گرافن اكسايد نسبت داد.در نهايت مي¬توان به اين نتيجه رسيد كه افزايش تخلخل، هرچند كه منجر به كاهش سختي ساختار شد، اما افزودن گرافن اكسايد توانست تا حد زيادي از اثرات منفي تخلخلهاي بزرگتر جلوگيري كند و پايداري مكانيكي داربست را حفظ نمايد.با افزايش تخلخل، جابهجايي و كرنش در هر دو گروه PCL و PCL+G افزايش يافت كه ناشي از كاهش مقاومت ساختاري در برابر تغيير شكل بود. جابجايي در نمونههاي PCL خالص از 4561/0 ميليمتر در تخلخل 1 ميليمتري به 814/0 ميليمتر در تخلخل 2.5 ميليمتري افزايش يافت. كرنش نيز در تخلخلهاي بالاتر روندي افزايشي داشت و به مقدار حداكثري 5776/0 رسيد. اين افزايش جابهجايي و كرنش نشاندهنده كاهش سختي ساختار و افزايش پتانسيل تغيير شكل در تخلخلهاي بزرگتر بود.در نمونههاي تقويتشده با گرافن اكسايد (PCL+G)، جابهجايي و كرنش در مقايسه با PCL خالص بهطور چشم¬گيري كاهش يافت. در تخلخل 5/2 ميليمتري، جابه جايي به 5769/0 ميليمتر و كرنش به 3893/0 كاهش يافت، كه نشاندهنده بهبود پايداري ساختاري در حضور گرافن اكسايد است. در نتيجه گرافن اكسايد باعث كاهش جابجايي و كرنش در تمام سطوح تخلخل شد كه به دليل افزايش سختي، بهبود پيوندهاي بينسطحي، و كاهش حركت زنجيرههاي پليمري بود.هدف از اين پژوهش مدل¬سازي و تحليل مكانيكي داربست الكترواكتيو پلي¬كاپرولاكتون - نانوذرات گرافن به روش چاپ سه¬بعدي براي مهندسي بافت استخوان است.
كليدواژه لاتين
Mechanical Modeling , 3D Printing , Polycaprolactone , Graphene Nanoparticles
عنوان لاتين
Mechanical modeling of electroactive polycaprolactone-graphene nanoparticles scaffolds using 3D printing for bone tissue engineering
گروه آموزشي
مهندسي پزشكي
چكيده لاتين
With scientific advances in the field of tissue engineering, the use of nanocomposite scaffolds to improve the regeneration of damaged tissues, especially bone tissue, has become of great importance.One of these scaffolds that has attracted a lot of attention is electroactive polycaprolactone scaffolds with the addition of graphene nanoparticles. In this research, by reducing the distances between the strands of the structure, its elastic modulus increases.This means that more force is required to deform the structure. On the other hand, as the string spacing increases, the modulus of elasticity of the structure decreases and less force is required to deform the structure[5]. The results of this study showed that increasing porosity has a significant effect on the mechanical properties of polycaprolactone (PCL) and polycaprolactone reinforced with graphene oxide (PCL+G) scaffolds. By increasing the distance between the rods from 1 mm to 2.5 mm, larger pores were created in the structure, which led to a decrease in the load-bearing cross-section and an increase in stress concentration in critical areas.This increase in stress, along with the increase in displacement and strain, indicated structural weakness at higher porosities. In the pure PCL samples, the von Mises stress increased significantly, reaching a maximum value of 380.8 MPa at a porosity of 2.5 mm. The increase in stress at higher porosities indicates that the pure PCL structure is more susceptible to plastic deformation and mechanical failure under higher loading.In the graphene oxide reinforced samples (PCL+G), despite the increase in porosity, the von Mises stress was significantly reduced, and the maximum stress at 2.5 mm porosity was 363 MPa. This stress reduction can be attributed to the more uniform stress distribution and greater structural strength due to the presence of graphene oxide.Finally, it can be concluded that although increasing porosity led to a decrease in the stiffness of the structure, the addition of graphene oxide was able to largely prevent the negative effects of larger porosity and maintain the mechanical stability of the scaffold. With increasing porosity, displacement and strain increased in both PCL and PCL+G groups, which was due to a decrease in structural resistance to deformation.The displacement in pure PCL samples increased from 0.4561 mm at 1 mm porosity to 0.814 mm at 2.5 mm porosity. The strain also increased at higher porosities and reached a maximum value of 0.5776.This increase in displacement and strain indicated a decrease in the stiffness of the structure and an increase in the deformation potential in larger pores. In the graphene oxide reinforced samples (PCL+G), the displacement and strain were significantly reduced compared to pure PCL.At 2.5 mm porosity, the displacement decreased to 0.5769 mm and the strain decreased to 0.3893, indicating an improvement in structural stability in the presence of graphene oxide. As a result, graphene oxide reduced the displacement and strain at all porosity levels, which was due to increased stiffness, improved interfacial bonding, and reduced polymer chain motion.The aim of this research is to model and analyze the mechanical properties of polycaprolactone-graphene nanoparticles electroactive scaffolds using 3D printing for bone tissue engineering.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
141372
نويسنده