A biomimetic approach for designing

A biomimetic approach for designing stent-graft structures: Caterpillar cuticle as design modelStent-graft (SG) induced biomechanical mismatch at the aortic repair site forms the major reason behind postoperative hemodynamic complications. These complications arise from mismatched radial compliance and stiffness property of repair device relative to native aortic mechanics. The inability of an exoskeleton SG design (an externally stented rigid polyester graft) to achieve optimum balance between structural robustness and flexibility constrains its biomechanical performance limits. Therefore, a new SG design capable of dynamically controlling its stiffness and flexibility has been proposed in this study. The new design is adopted from the segmented hydroskeleton structure of a caterpillar cuticle and comprises of high performance polymeric filaments constructed in a segmented knit architecture. Initially, conceptual design models of caterpillar and SG were developed and later translated into an experimental SG prototype. The in-vitro biomechanical evaluation (compliance, bending moment, migration intensity, and viscoelasticity) revealed significantly better performance of hydroskeleton structure than a commercial SG device (Zenith™ Flex SG) and woven Dacron® graft-prosthesis. Structural segmentation improved the biomechanical behaviour of new SG by inducing a three dimensional volumetric expansion property when the SG was subjected to hoop stresses. Interestingly, this behaviour matches the orthotropic elastic property of native aorta and hence proposes segmented hydroskeleton structures as promising design approach for future aortic repair devices.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แนวทางการเลียนแบบทางชีวภาพสำหรับการออกแบบโครงสร้างการใส่ขดลวด: หนังกำพร้าของหนอนผีเสื้อในฐานะแบบจำลองการออกแบบการใส่ขดลวดใส่ขดลวด (SG) ทำให้เกิดความไม่ตรงกันทางชีวกลศาสตร์ที่บริเวณซ่อมแซมเอออร์ติกซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่อยู่เบื้องหลังภาวะแทรกซ้อนทางโลหิตวิทยาหลังการผ่าตัด ภาวะแทรกซ้อนเหล่านี้เกิดขึ้นจากการปฏิบัติตามแนวรัศมีที่ไม่ตรงกันและคุณสมบัติความแข็งของอุปกรณ์ซ่อมแซมที่สัมพันธ์กับกลไกของเอออร์ติกโดยธรรมชาติ การที่การออกแบบ SG ของโครงกระดูกภายนอกไม่สามารถทำได้ (กราฟต์โพลีเอสเตอร์แข็งที่ใส่ขดลวดภายนอก) เพื่อให้เกิดความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดระหว่างความทนทานของโครงสร้างและความยืดหยุ่น จะเป็นข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพทางชีวกลศาสตร์ของมัน ดังนั้นจึงมีการเสนอการออกแบบ SG ใหม่ที่สามารถควบคุมความแข็งและความยืดหยุ่นได้แบบไดนามิกในการศึกษานี้ การออกแบบใหม่นี้นำมาใช้จากโครงสร้างไฮโดรสเกเลตันแบบแบ่งส่วนของหนังกำพร้าของหนอนผีเสื้อ และประกอบด้วยเส้นใยโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูงที่สร้างขึ้นในสถาปัตยกรรมแบบถักแบบแบ่งส่วน ในขั้นต้น แบบจำลองการออกแบบแนวความคิดของหนอนผีเสื้อและ SG ได้รับการพัฒนา และต่อมาแปลเป็นต้นแบบ SG เชิงทดลอง การประเมินทางชีวกลศาสตร์ในหลอดทดลอง (การปฏิบัติตามข้อกำหนด โมเมนต์การดัดงอ ความเข้มของการเคลื่อนตัว และความยืดหยุ่นของความหนืด) เผยให้เห็นประสิทธิภาพของโครงสร้างไฮโดรสเกเลตันที่ดีกว่าอย่างมีนัยสำคัญมากกว่าอุปกรณ์ SG เชิงพาณิชย์ (Zenith™ Flex SG) และการปลูกถ่ายอวัยวะเทียม Dacron® แบบทอ การแบ่งส่วนโครงสร้างปรับปรุงพฤติกรรมทางชีวกลศาสตร์ของ SG ใหม่โดยการกระตุ้นให้เกิดคุณสมบัติการขยายปริมาตรสามมิติเมื่อ SG อยู่ภายใต้ความเค้นแบบห่วง สิ่งที่น่าสนใจคือพฤติกรรมนี้ตรงกับคุณสมบัติยืดหยุ่นออร์โธทรอปิกของเอออร์ตาดั้งเดิม และด้วยเหตุนี้จึงเสนอโครงสร้างไฮโดรโครงกระดูกแบบแบ่งส่วนเป็นแนวทางการออกแบบที่มีแนวโน้มสำหรับอุปกรณ์ซ่อมแซมเอออร์ตาในอนาคต

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

วิธีการไบโอนิคในการออกแบบโครงสร้างการปลูกถ่ายรั้ง: ใช้หนังกำพร้าหนอนผีเสื้อเป็นรูปแบบการออกแบบ
ความไม่ตรงกันของชีวกลศาสตร์ที่บริเวณซ่อมแซมหลอดเลือดแดงใหญ่เนื่องจากการปลูกถ่ายขดลวด (SG) เป็นสาเหตุหลักของภาวะแทรกซ้อนของฮีโมไดนามิกหลังผ่าตัด ภาวะแทรกซ้อนเหล่านี้เกิดจากความไม่สอดคล้องในแนวรัศมีและคุณสมบัติความแข็งแกร่งของอุปกรณ์ซ่อมแซมที่สัมพันธ์กับกลศาสตร์ของหลอดเลือดแดงใหญ่ตามธรรมชาติ การออกแบบ Exoskeleton SG (กราฟต์โพลีเอสเตอร์แบบแข็ง) ไม่สามารถสร้างสมดุลระหว่างความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของโครงสร้างซึ่ง จำกัด ขีด จำกัด ของคุณสมบัติทางชีวกลศาสตร์ งานวิจัยนี้จึงเสนอการออกแบบ SG แบบใหม่ที่สามารถควบคุมความแข็งและความยืดหยุ่นได้อย่างไดนามิก การออกแบบใหม่ใช้โครงสร้างโครงกระดูกน้ำแบบแบ่งส่วนของหนังกำพร้าหนอนผีเสื้อซึ่งประกอบด้วยเส้นใยโพลิเมอร์ประสิทธิภาพสูงที่มีโครงสร้างการถักแบบแบ่งส่วน ในขั้นต้นรูปแบบการออกแบบแนวคิดของ Caterpillar และ SG ได้รับการพัฒนาและต่อมาได้รับการแปล

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

วิธีการออกแบบโครงสร้างstentแบบไบโอนิค:ผิวหนังหนอนเป็นแบบจําลองการออกแบบ
ความไม่ลงรอยกันทางชีวกลศาสตร์ของชิ้นส่วนการซ่อมแซมหลอดเลือดแดงที่เกิดจากการปลูกถ่ายstent ( SG )เป็นสาเหตุหลักของภาวะแทรกซ้อนทางโลหิตวิทยาหลังผ่าตัด ภาวะแทรกซ้อนเหล่านี้เกิดจากลักษณะความสอดคล้องและความแข็งของรัศมีที่ไม่ตรงกันของอุปกรณ์ซ่อมแซมเมื่อเทียบกับกลศาสตร์ธรรมชาติของหลอดเลือดแดง การออกแบบโครงกระดูกภายนอก(การปลูกถ่ายโพลีเอสเตอร์ที่แข็งด้วยวงเล็บภายนอก)ไม่สามารถบรรลุความสมดุลที่ดีที่สุดระหว่างความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของโครงสร้างซึ่งจํากัดประสิทธิภาพทางชีวกล ดังนั้นการศึกษานี้จึงเสนอการออกแบบSGแบบใหม่ที่สามารถควบคุมความแข็งและความยืดหยุ่นได้แบบไดนามิก การออกแบบใหม่นี้ใช้โครงสร้างโครงกระดูกน้ําแบบแบ่งส่วนของผิวหนังของCaterpillarซึ่งประกอบด้วยเส้นใยโพลีเมอร์ประสิทธิภาพสูงที่มีโครงสร้างถักแบบแบ่งส่วน ในขั้นต้นได้มีการพัฒนาแบบจําลองการออกแบบแนวคิดของCaterpillarและSGและต่อมาแปลเป็นต้นแบบทดลองSG การประเมินทางชีวกลศาสตร์ในหลอดทดลอง(การปรับตัวช่วงเวลาการดัดความต้านทานการย้ายถิ่นและความยืดหยุ่น)แสดงให้เห็นว่าสมรรถนะของโครงสร้างไฮโดรคาร์บอนดีกว่าอุปกรณ์SGเชิงพาณิชย์( Zenith Flex SG )และการปลูกถ่ายเทียมDacron เมื่อSGอยู่ภายใต้ความเค้นแบบวงแหวนการแบ่งส่วนโครงสร้างจะช่วยปรับปรุงพฤติกรรมทางชีวกลของSGใหม่โดยการกระตุ้นการขยายตัวของปริมาตรสามมิติ สิ่งที่น่าสนใจคือพฤติกรรมนี้สอดคล้องกับคุณสมบัติความยืดหยุ่นของanisotropicorthogonalของหลอดเลือดแดงธรรมชาติดังนั้นโครงสร้างการสนับสนุนไฮดรอลิกแบบแบ่งส่วนจึงเป็นวิธีการออกแบบที่มีแนวโน้มสําหรับอุปกรณ์ซ่อมแซมหลอดเลือดแดงในอนาคต