محاكاة الديناميكا الحسابية للسوائل باستخدام فلو ثري دي لتجنب الركود في أنظمة العضو على رقاقة

أظهرت تجربة سريرية حديثة باستخدام أجهزة "عضو على رقاقة" فشلاً حاسماً: تسبب ركود السوائل في القنوات الدقيقة في موت الخلايا بشكل جماعي في المزارع. يسلط هذا الحادث الضوء على الحاجة إلى التحقق من صحة التصاميم الميكروفلويدية قبل التصنيع. يبرز الجمع بين برامج التقسيم الطبي وديناميكا الموائع الحاسوبية كالحل الأكثر فعالية للتنبؤ بهذه الظواهر.

سير العمل الفني: من التقسيم إلى ديناميكا الموائع 🧪

تبدأ العملية باستخدام Mimics، حيث تتم معالجة التصوير المقطعي أو التصاميم CAD لتوليد شبكة دقيقة لهندسة الرقاقة. يتم تصدير هذا النموذج إلى Flow-3D، حيث يتم تطبيق محلل CFD لمحاكاة التدفق على مقياس ميكرومتري. في الحالة التي تم تحليلها، اكتشف Flow-3D مناطق إعادة تدوير وسرعة منخفضة في تفرعات القناة، وهي النقاط التي سُجل فيها لاحقاً نخر الخلايا. أتاحت المحاكاة تصور تدرجات الضغط وإجهاد القص، مما كشف أن التصميم الأصلي كان يفتقر إلى ناشرات لتوحيد معدل التدفق. تم استخدام Blender لمعالجة مسارات الجسيمات بعد المحاكاة وإنشاء تصورات للتدفق الراكد.

دروس لتصميم الرقائق الطبية الحيوية 🔬

يثبت هذا الفشل أن الميكروفلويديك لا يمكن أن يعتمد فقط على الحدس الهندسي. يتيح دمج Flow-3D في مرحلة النمذجة الأولية الافتراضية تحديد النقاط الميتة التي تهدد بقاء الخلايا. للتجارب المستقبلية، يُوصى بتضمين محاكاة بارامترية تقيم الحد الأدنى لمعدلات التدفق وهندسات القنوات ذات الانتقالات السلسة. لا يؤدي موت الخلايا إلى إبطال نتائج التجربة فحسب، بل يؤخر أيضاً تطوير الأدوية. أصبح التنبؤ بهذه الإخفاقات باستخدام CFD اليوم شرطاً لا غنى عنه في هندسة الأنسجة.

هل ستطبع هذا النموذج باستخدام الراتنج أو الخيوط؟ 🖨️