Bioengineering
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Modelagem de elementos finitos de um microambiente elétrico celular
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Summary May 18th, 2021
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Este artigo apresenta uma estratégia para a construção de modelos de elementos finitos de materiais condutores fibrosos expostos a um campo elétrico (EF). Os modelos podem ser usados para estimar a entrada elétrica que as células semeadas nesses materiais recebem e avaliar o impacto da alteração das propriedades, estrutura ou orientação do material constituinte do andaime.
Transcript
Este método ajuda a prever o microambiente elétrico de uma célula sentada em um andaime de fibra, como a matriz extracelular. Existem duas principais vantagens que surgem da modelagem insílico. A previsão de condições experimentais é 3D, enquanto a otimização é habilitada pela facilidade de mudança de parâmetro.
A estimulação elétrica auxilia na regeneração de múltiplos tecidos. Este modelo em modelos insilicos semelhantes ajudará na otimização dos parâmetros de estimulação. Para começar, abra o software COMSOL e selecione o modelo em branco.
No construtor de modelos, clique com o botão direito do mouse em definições globais, selecione parâmetros e adicione parâmetros de acordo com a tabela um no manuscrito do texto. Você pode adicioná-los um por um ou carregá-los de um arquivo de texto. No construtor de modelos em definições globais, clique em material com o botão direito do mouse e selecione material em branco para adicionar materiais.
Para adicionar propriedades materiais, vá para as configurações do material recém-adicionado, em seguida, expanda as propriedades do material e selecione a condutividade elétrica das propriedades básicas. Pressione o símbolo de ação para adicionar propriedade. Repita este processo para relativa permissão.
Preencha as propriedades materiais atuais, de acordo com a tabela dois do manuscrito do texto. Em seguida, clique em adicionar componente da guia home e selecione 3D para adicionar um novo nó de componente no construtor do modelo. Novamente, clique à direita na geometria, clique à esquerda na sequência de inserção.
Em seguida, clique duas vezes no modelo completo e selecione a sequência apropriada. Sob o nó de componente atual no construtor do modelo, clique com o botão direito do mouse nos materiais e selecione o link do material. Inselecções materiais para cada componente nesta ordem, substância circundante, casacos e núcleos.
Na guia de configurações para a substância circundante, expanda a lista de seleção para escolher a seleção de mídia. Expanda as configurações do link e escolha o material apropriado, como mídia de cultura da lista de retirada. Para ver os domínios dentro do bloco de mídia de cultura, ative o botão de transparência na guia gráfica.
Configure os outros links materiais da mesma forma. No construtor do modelo, o componente atual do clique esquerdo, selecione adicionar física e, em seguida, expanda o módulo AC/DC para selecionar o módulo de corrente elétrica e clique em adicionar ao componente. Para definir as condições de limite, selecione a exibição XY na guia gráfica.
Vá para o construtor do modelo novamente, clique com o botão direito do mouse no nó das correntes elétricas e selecione o solo. Em seguida, mantenha o interruptor de seleção para a seleção de limites ativo. Clique à esquerda na face mais alta da substância circundante paralelamente ao plano XZ e adicione o limite cinco na caixa de seleção de limites.
No construtor do modelo, clique com o botão direito do mouse no nó de corrente elétrica e selecione o terminal. Mantendo a seleção de limites ativa, clique à esquerda na face da substância circundante mais baixa paralelamente ao plano XZ e adicione limite também na caixa de seleção de limites. Em seguida, expandindo a seleção do terminal, selecione uma tensão na lista de dropdown do tipo terminal e preencha V zero para tensão.
Em definições globais no construtor de modelos, parâmetros de clique esquerdo e alterar a do parâmetro para o ângulo de orientação de fibra desejado para simulação. Expanda o nó de componentes para cada componente no construtor do modelo e, em seguida, à direita, clique em geometria e selecione construir tudo. Clique à esquerda no nó raiz do modelo no construtor do modelo e abra a guia de estudo adicionar.
Selecione o estudo estacionário e clique com o botão direito do mouse para adicionar estudo. Sob o estudo recém-adicionado, clique à esquerda no passo um, expanda as extensões do estudo, verifique a caixa de refinamento de malha adaptativa e clique em computação para obter a malha refinada. Clique à esquerda no nó raiz do modelo no construtor do modelo e abra a guia de estudo adicionar, selecione o estudo estacionário e clique direito em adicionar estudo.
No estudo recém-adicionado, clique à esquerda no primeiro passo, expanda a seleção de malha e selecione a malha gerada no estudo de refinamento de malha adaptativa. Continue clicando com o botão com o botão com base. Clique com o botão direito do mouse no nó de resultados no construtor de modelos e selecione grupo de gráficos 3D para editar configurações.
Altere o rótulo para aumentar a densidade de carga e selecione o conjunto de dados de estudo paramétrico expandindo o conjunto de dados da lista suspensa. Em seguida, na legenda de cores, verifique as caixas para mostrar lendas e mostrar valores máximos e mínimos. Novamente sob o nó de resultados, clique com o botão direito do mouse na densidade carregada para selecionar volume e proceder à edição da guia configurações.
Expanda a guia de dados e selecione entre os pais e preencha a CE. RHOQ na caixa de expressão. Verifique a caixa de faixa de cores manual a partir da guia de intervalo e defina o mínimo e o máximo para menos 0,3 e 0,3, respectivamente. Expanda a coloração e o estilo e defina a coloração para a tabela de cores e a tabela de cores para acenar.
Verifique a caixa de legendas de cores e a gama de cores de symmetrias. Mouse com o botão direito do mouse de volume e construtor de modelos e selecione filtro. Vá para a guia de configurações e preencha a expressão lógica para inclusão.
Clique à esquerda no botão plot para visualizar resultados na janela gráfica. Nesta análise, são exibidos cinco diferentes estágios de complexidade geométrica que influenciaram o resultado da simulação. Uma malha muito grossa, pode esconder informações relevantes.
Utilizando o refinamento de malha adaptativa, uma malha com elementos menores é obtida, pois é necessária para resultados precisos. Em diferentes níveis de complexidade para o modelo fosco fibroso, a força do campo elétrico foi influenciada pelo alinhamento das fibras em relação ao potencial gradiente. Além disso, o alinhamento de fibras em ângulo de gradiente potencial elétrico impacta a densidade de espaço carregada nos meios de cultura celular circundantes.
No estudo de orientação da fibra do andaime, o estudo afirma que as previsões do modelo RNC foram ilustradas quando as fibras eram paralelas ou perpendiculares ao campo elétrico. A densidade de carga e a densidade atual foram influenciadas pelo alinhamento da fibra do andaime em relação ao campo elétrico. Este protocolo pode ser usado para investigar o impacto das mudanças de parâmetros na densidade de carga em torno de um segmento de andaime de fibra.
É importante lembrar que, mudando os parâmetros do modelo, como dados ou propriedades materiais, a faixa de densidade de carga resultante pode mudar significativamente. Para melhor visualização, o intervalo deve ser otimizado para que a variabilidade máxima na densidade carregada possa ser observada.
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