Dissertação

Computational fluid dynamics simulation of TPMS scaffolds for bone tissue engineering EVALUATED

Os ossos são uma componente fundamental do corpo humano dada a sua multiplicidade de funções. Assim, a Engenharia de Tecidos Ósseos foca-se em melhorar os métodos para lidar com ossos danificados. Neste sentido, o uso de scaffolds tem sido apresentado como alternativa aos métodos tradicionais. Scaffolds são matrizes porosas de suporte, artificialmente desenhadas, com o propósito de permitir cultivo e proliferação celular. Estas propriedades são influenciadas pela permeabilidade dos scaffolds. Posto isto, este trabalho recorreu a modelos Dinâmicos de Fluídos Computacionais para analisar a permeabilidade e linhas de fluxo de diferentes geometrias TPMS de scaffold. Os resultados destas simulações contribuíram para a compreensão da relação entre a geometria de um scaffold e os seus valores de permeabilidade. Os modelos computacionais foram comparados a um setup experimental de forma a serem validados. Devido ao elevado custo computacional para testar a totalidade do setup, foram desenhados três modelos alternativos menos exigentes. Verificou-se que o modelo periódico foi o mais apropriado, uma vez que podia ser usado para todos os designs mantendo a geometria original. Os resultados da análise numérica apresentaram uma boa correlação com os valores experimentais, validando os modelos computacionais. A análise das linhas de fluxo revelou que as geometrias giroide são o design mais apropriado para a maior parte dos casos de fabricação de scaffolds. O estudo destas linhas demonstrou também que as geometrias Schwarz D eram apenas apropriadas para casos muito específicos e que as geometrias Schwarz P testadas não possuíam as qualidades desejadas para cultivo e proliferação celular.
Engenharia de Tecidos Ósseos, Scaffolds, Permeabilidade, Superfície Mínima Triplamente Periódica, Dinâmica de Fluídos Computacional, Linhas de Fluxo

Novembro 18, 2019, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Paulo Rui Alves Fernandes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

André Paulo Galvão de Castro

IDMEC - Instituto Superior Técnico

Doutor