• شماره مدرك
    21289
  • شماره راهنما
    18226
  • پديد آورنده

    رمضاني مقدم، حسين

  • عنوان

    طراحي و ساخت داربست استخوان فك با پليمر زيستي به روش ساخت استريوليتوگرافي با ماسك نوري و مقايسه خواص ناهمسانگرد مدول الاستيسيته با نتايج شبيه‌سازي

  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • گرايش تحصيلي
    ساخت و توليد
  • محل تحصيل
    اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
  • سال دفاع
    1405
  • صفحه شمار
    دوازده، 91. : مصور، جدول، نمودار
  • توصيفگر ها

    استخوان فك پايين , داربست استخواني , ساختار جايرويد , اجزا محدود , ساخت افزودني , ناهمسانگردي مكانيكي

  • تاريخ ورود اطلاعات
    1405/07/13
  • كتابنامه
    كتابنامه
  • رشته تحصيلي
    مهندسي مكانيك
  • دانشكده
    مهندسي مكانيك
  • تاريخ ويرايش اطلاعات
    1405/07/14
  • كد ايرانداك
    23259594
  • چكيده فارسي
    ترميم نواقص استخوان فك پايين يكي از چالش‌هاي اساسي در مهندسي بافت و جراحي فك و صورت است. اين مسئله به دليل ساختار چندلايه و رفتار مكانيكي ناهمسانگرد استخوان فك پايين، پيچيدگي قابل‌توجهي دارد. استخوان فك پايين به‌طور كلي از يك لايه متراكم خارجي، يك ناحيه اسفنجي مياني و يك لايه متراكم داخلي تشكيل شده است و خواص مكانيكي آن در جهات اصلي يكسان نيست. ازاين‌رو، طراحي داربستي كه بتواند به‌طور هم‌زمان معماري چندلايه و رفتار مكانيكي ناهمسانگرد اين استخوان را بازتوليد كند، ضروري است. هدف اين پژوهش، طراحي، ارزيابي و ساخت داربست زيست‌تقليدكننده مبتني بر ساختار جايرويد براي بازسازي نواقص استخوان فك پايين بوده است. ابتدا، خواص مكانيكي استخوان فك پايين و مقادير مدول الاستيسيته آن در سه جهت اصلي بررسي شد. سپس، با مطالعه پيشينه پژوهش، ساختار جايرويد به‌عنوان هندسه پايه انتخاب گرديد، زيرا اين ساختار داراي پيوستگي هندسي مناسب، توزيع نسبتا يكنواخت تنش، تخلخل به‌هم‌پيوسته و قابليت ساخت مطلوب به روش‌هاي ساخت افزودني است. به‌منظور مدل‌سازي دقيق‌تر، استخوان فك پايين به سه ناحيه قدامي، مياني و خلفي تقسيم شد و در هر ناحيه، سه لايه شامل بخش متراكم خارجي، بخش اسفنجي مياني و بخش متراكم داخلي در نظر گرفته شد. در نتيجه، مدل نهايي شامل 9 ناحيه با ويژگي‌هاي مكانيكي و هندسي متفاوت بود. همچنين، به‌منظور ايجاد تغيير تدريجي در خواص مكانيكي و كاهش تمركز تنش در مرز بين نواحي متراكم و اسفنجي، لايه‌هاي انتقالي با تغييرات كنترل‌شده در پارامترهاي هندسي ساختار جايرويد طراحي شدند. در ادامه، مدل‌هاي طراحي‌شده با استفاده از روش اجزاي محدود تحليل شدند تا هندسه‌ها و پارامترهاي مناسبي براي دستيابي به مدول الاستيسيته هدف در جهت‌هاي مختلف تعيين شوند. بر اساس نتايج شبيه‌سازي، درصد تراكم داربست‌ها در نواحي مختلف بين 20.3 الي 57.8 درصد تنظيم شد. مدول يانگ حاصل از شبيه‌سازي براي نواحي مختلف و در جهت‌هاي اصلي در بازه 0.050 الي 3.297 گيگاپاسكال قرار گرفت كه با بازه مدول الاستيسيته استخوان طبيعي فك پايين تطابق داشت. پس از تعيين پارامترهاي بهينه، نمونه‌هاي داربستي با روش فوتوپليمريزاسيون با ماسك نوري ساخته شدند و تحت آزمون فشار قرار گرفتند. نتايج آزمون تجربي نشان داد كه مدول يانگ نمونه‌هاي ساخته‌شده در بازه 0.054 الي 3.084 گيگاپاسكال بوده و بيشينه اختلاف آن با مقادير پيش‌بيني‌شده در تحليل اجزاي محدود برابر با 14.2 درصد است. يافته‌ها نشان داد كه داربست‌هاي طراحي‌شده قادرند با دقت مناسبي تغييرات تدريجي خواص مكانيكي، تفاوت ميان لايه‌هاي متراكم و اسفنجي و رفتار ناهمسانگرد استخوان فك پايين را بازسازي كنند. اين دستاورد مي‌تواند گامي موثر در توسعه داربست‌هاي زيست‌تقليدكننده و شخصي‌سازي‌شده براي بازسازي نواقص استخوان فك پايين باشد.
  • چكيده انگليسي
    The repair of man‎dibular bone defects represents a significant challenge in tissue engineering an‎d maxillofacial surgery. This complexity stems from the multi-layered architecture an‎d the anisotropic mechanical behavior of the man‎dibular bone, which typically consists of dense outer an‎d inner layers surrounding a cancellous core, exhibiting non-uniform mechanical properties along its primary axes. Therefore, designing a scaffold capable of mimicking this multi-layered architecture an‎d anisotropic response is essential. This study focuses on the design, eva‎luation, an‎d fabrication of biomimetic, gyroid-based scaffolds for man‎dibular bone regeneration. Initially, the mechanical properties of the man‎dible, including the elastic modulus in three primary directions, were eva‎luated. The gyroid structure was selec‎ted as the base geometry due to its superior geometric interconnectivity, uniform stress distribution, interconnected porosity, an‎d suitability for additive manufacturing. To enhance modeling accuracy, the man‎dible was segmented into three regions (anterior, middle, an‎d posterior), each comprising three layers (dense outer, cancellous middle, an‎d dense inner), resulting in a comprehensive nine-zone model with distinct mechanical an‎d geometric properties. To achieve a graded transition in mechanical properties an‎d minimize stress concentrations at the interfaces, transitional layers with controlled geometric parameters were integrated. Finite Element Analysis (FEA) was then employed to optimize the scaffold geometries for targeting specific elastic moduli in various directions. Simulation results indicated that scaffold relative density ranged from 20.3% to 57.8%, yielding a Young’s modulus between 0.050 an‎d 3.297 GPa, consistent with the native man‎dibular bone. Following optimization, the scaffolds were fabricated using mask-based photopolymerization an‎d subjected to compression testing. The experimental elastic moduli ranged from 0.054 to 3.084 GPa, with a maximum deviation of 14.2% from the FEA predictions. The findings demonstrate that the designed scaffolds effectively replicate the graded mechanical properties, the architectural distinction between dense an‎d cancellous layers, an‎d the anisotropic behavior of the man‎dible. This development represents a significant advancement in the creation of personalized, biomimetic scaffolds for man‎dibular bone repair.
  • استاد راهنما
    مهدي كاظمي
  • استاد داور
    عليرضا فدائي تهراني , پيمان مصدق