МЕТОДОЛОГІЧНІ ЗАСАДИ ВИБОРУ ТА ЦИФРОВОГО ПРОЄКТУВАННЯ БІОМІМЕТИЧНИХ ГРАТЧАСТИХ СТРУКТУР ДЛЯ 3D-ДРУКУ ОСТЕОЗАМІЩУВАЛЬНИХ СКАФФОЛДІВ

Анотація

Дана стаття присвячена систематизації та аналізу сучасних науково-методологічних підходів до вибору та цифрового проєктування біоміметичних гратчастих структур, призначених для виготовлення остеозаміщувальних скаффолдів методами адитивного виробництва. У роботі розглянуто актуальну проблему біомеханічного дисонансу між монолітними імплантатами та кістковою тканиною, що призводить до феномену «екранування напружень» (та подальшої резорбції кістки. Авторами обґрунтовано переваги використання пористих архітектур, що дозволяють адаптувати модуль пружності конструкції до показників кортикальної та трабекулярної кісток. Проведено ґрунтовний порівняльний аналіз морфологічних особливостей традиційних балкових решіток (Body-Centered Cubic, Simple Cubic) та триплексно-періодичних мінімальних поверхонь (Triply Periodic Minimal Surfaces, TPMS), таких як Gyroid, Diamond та Schwarz-P. Визначено, що TPMS-структури мають значну перевагу завдяки безперервній кривизні, відсутності концентраторів напружень та високому співвідношенню площі поверхні до об’єму, що критично важливо для клітинної адгезії, проліферації та ефективної васкуляризації новоутворених тканин. Окрему увагу приділено методології цифрового проєктування, де проаналізовано перехід від традиційного граничного представлення геометрії (B-rep) до неявного моделювання. Висвітлено технічні можливості сучасного програмного забезпечення (nTopology, Ansys Discovery, Rhino+Grasshopper) та підкреслено ефективність використання знакових функцій відстані для створення надскладних біоміметичних структур без значного навантаження на обчислювальні ресурси. Стаття також містить узагальнені рекомендації щодо параметрів мікроархітектури скаффолдів (пористості та розміру пор) для різних анатомічних локалізацій, зокрема для стегнової кістки, нижньої щелепи та хребців. Результати дослідження підтверджують, що інтеграція методів неявного моделювання з біомеханічним та гідродинамічним аналізом є необхідною умовою для створення функціональних імплантатів нового покоління, здатних забезпечити довготривалу остеоінтеграцію.