Resumen

En general, los tejidos blandos presentan un comportamiento mecánico anisotrópico, que varía en tres dimensiones en función de la ubicación del tejido en el cuerpo. En el pasado, ha habido algunos intentos de modelar numéricamente la anisotropía de los tejidos utilizando formulaciones basadas en compuestos (que implican fibras incrustadas dentro de un material matriz). Sin embargo, hasta ahora, la anisotropía tisular no se ha modelado experimentalmente. En el presente trabajo, se desarrollaron nuevos materiales compuestos blandos basados en elastómeros en forma de cupones de prueba experimentales, para modelar la anisotropía macroscópica en las propiedades mecánicas del tejido. Se fabricó una matriz de elastómero blando y se incrustaron fibras de un material elastómero más rígido dentro del material de la matriz para generar los cupones de prueba. Los cupones se probaron en una máquina de ensayos mecánicos y se estudiaron las respuestas de tensión contra estiramiento resultantes. Se varió la fracción de volumen de fibra (FVF), el espaciado de las fibras y las orientaciones para estimar los cambios en las respuestas mecánicas. El comportamiento mecánico de los materiales compuestos blandos se caracterizó utilizando modelos de materiales hiperelásticos como el de Mooney-Rivlin, el de Humphrey y el de Veronda-Westmann, y también se comparó con el comportamiento mecánico anisotrópico de la piel humana, los tejidos pélvicos y los tejidos cerebrales. Este trabajo sienta las bases para la modelización experimental de la anisotropía tisular, que combinada con los estudios microscópicos de los tejidos puede llevar a perfeccionar la simulación de la distribución y las orientaciones de las fibras localizadas, y permitir el desarrollo de materiales fantasma tisulares anisotrópicos biofílicos para diversas aplicaciones de ingeniería y ensayo de tejidos.

• Materias:Método de elementos finitos Ingeniería biomédica Biomecánica Huesos Prótesis
• Subjects:Finite element method Biomedical engineering Biomechanics Bones Prostheses
• Palabras claves:anisotropía del tejido, material de la matriz, comportamiento mecánico, cupones de prueba experimentales, distribución localizada de las fibras, modelización del tejido, tejido anisotrópico biofidelizado, material del fantasma de tejido, matriz de elastómero blando, fracción de volumen de las fibras
• Keywords:tissue anisotropy, matrix material, mechanical behavior, experimental test coupons, localized fiber distribution, modelling of tissue, biofidelic anisotropic tissue, tissue phantom material, soft elastomer matrix, fiber volume fraction