Computational Fluid Dynamics Analysis and Empirical Evaluation of Carboxymethylcellulose/Alginate 3D Bioprinting Inks for Screw-Based Microextrusion

计算流体力学 流变学 材料科学 粘度 计算机科学 生物医学工程 工程类 复合材料 航空航天工程
作者
Sungmin Lee,M.J. Son,Juo Lee,Iksong Byun,Jin-Woo Kim,Jungsil Kim,Hoon Seonwoo
出处
期刊:Polymers [MDPI AG]
卷期号:16 (8): 1137-1137
标识
DOI:10.3390/polym16081137
摘要

Three-dimensional microextrusion bioprinting technology uses pneumatics, pistons, or screws to transfer and extrude bioinks containing biomaterials and cells to print biological tissues and organs. Computational fluid dynamics (CFD) analysis can simulate the flow characteristics of bioinks in a control volume, and the effect on cell viability can be predicted by calculating the physical quantities. In this study, we developed an analysis system to predict the effect of a screw-based dispenser system (SDS) on cell viability in bioinks through rheological and CFD analyses. Furthermore, carboxymethylcellulose/alginate-based bioinks were used for the empirical evaluation of high-viscous bioinks. The viscosity of bioinks was determined by rheological measurement, and the viscosity coefficient for the CFD analysis was derived from a correlation equation by non-linear regression analysis. The mass flow rate derived from the analysis was successfully validated by comparison with that from the empirical evaluation. Finally, the cell viability was confirmed after bioprinting with bioinks containing C2C12 cells, suggesting that the developed SDS may be suitable for application in the field of bioengineering. Consequently, the developed bioink analysis system is applicable to a wide range of systems and materials, contributing to time and cost savings in the bioengineering industry.
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