Dissertação
{en=Permeability Analysis of Scaffolds in Bone Tissue Engineering} {} EVALUATED
{pt=Um dos maiores desafios em Engenharia dos Tecidos é ultrapassar as limitações impostas pelos auto e alo enxertos, através de substitutos ósseos artificiais. O sucesso dos scaffolds ósseos (suporte material dos substitutos artificiais) depende essencialmente da sua micro-estrutura: a capacidade de proliferação das células e de difusão dos nutrientes está condicionada pela permeabilidade do scaffold, mais do que pela sua porosidade. O principal objectivo deste trabalho é a caracterização da permeabilidade, dependente da micro-estrutura, com base em métodos de homogeneização. Neste trabalho utilizou-se a Lei de Darcy, juntamente com a equação de equilíbrio de fluídos, originando uma equação diferencial de segunda ordem, que caracteriza o problema. A Teoria da Homogeneização é usada para rescalar este problema, obtendo-se assim os coeficientes equivalentes (homogeneizados) de permeabilidade em função de uma média ponderada e de um factor que caracteriza a micro-estrutura. O Método dos Elementos Finitos é usado em MatLab com o objectivo de determinar estes coeficientes homogeneizados de permeabilidade. Vários exemplos de diferentes micro-estruturas foram estudados. Foi possível demonstrar que scaffolds com a mesma porosidade podem ter permebilidades diferentes. Foi também possível provar que a permeabilidade varia com a geometria da micro-estrutura e que esta pode ser considerada como um parâmetro biológico adequado para caracterizar o scaffold ósseo, visto que depende da porosidade do mesmo e do tamanho e interconectividade dos poros. Consequentemente este tipo de análise matemática computacional, usada para prever a permeabilidade de meios porosos, pode ser um instrumento extremamente útil quando inserido no estudo do design de novos scafffold. , en=One of the greatest challenge of Tissue Engineering is its new approach to artificial bone substitutes which overcomes the limitations imposed to both autogenous and allogenous bone grafts. One of the most determinant factors in the success of the scaffold (artificial bone support) is its microstructure: the ability for cells to penetrate the porous media and for nutrients to diffuse is mainly dependent on its permeability, more than on its porosity. The aim of this project is to characterize the permeability depending on the scaffold microstructure using homogenization methods. In this work the Darcy Law was combined with the balance of steady-state flow and a 2nd order differential equation was obtained. The Homogenization Theory was used to ?upscale? this problem and consequently the equivalent (homogenized) coefficients of permeability were established as the average of the coefficients weighted by a factor which reflects the microstructure. The Finite Element Method is used in MatLab to estimate these homogenized coefficients of permeability. Several examples of microstructures have been tested. These studies were able to confirm that scaffolds with the same porosity may have different values of permeability. Permeability varies with microstructure and it is the most adequate parameter to characterize the bone scaffolds as it depends simultaneously on porosity, pore size and pore interconnectivity. Consequently, this kind of mathematical approach to analyze and predict permeability can be extremely useful when inserted in the design tools for new scaffolds, more than just referring to porosity or only making permeability tests after manufacture. }
outubro 21, 2008, 15:30
Orientação
CO-ORIENTADOR
José Arnaldo Pereira Leite Miranda Guedes
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Associado
