Modelo Constitutivo Multiescala para Matrices Nanofibrosas Obtenidas por Electrospinning

Abstract

El modelado del comportamiento mecánico de las matrices porosas surge como un instrumento importante en el desarrollo de injertos sintéticos con vistas al diseño de las características biomiméticas y a la predicción del comportamiento in vivo. Se pretende así, ahorrar ensayos experimentales en laboratorio y predecir cómo las distintas variables afectan al desempeño final de la matriz. En este sentido los modelos constitutivos estructurados y multiescala presentan una ventaja frente a los fenomenológicos, ya que permiten relacionar propiedades microscópicas del material con parámetros macroscópicos, y así obtener configuraciones óptimas para conseguir la respuesta mecánica buscada. En los últimos años, la técnica de electrospinning ha surgido como una alternativa viable para obtener matrices porosas compuestas por fibras nanométricas con características similares a la matriz extracelular. Siendo el desfasaje de propiedades mecánicas entre el tejido natural y el tejido sintético una de las principales causas de falla de estas matrices, este trabajo presenta el modelado constitutivo multiescala orientado a predecir y optimizar el comportamiento en servicio de materiales nanofibrosos para obtener una respuesta adecuadamente biomimética. Se proponen ecuaciones que reproducen la respuesta mecánica de matrices nanofibrosas con orientación al azar obtenidas por la técnica de electrospinning. El análisis presentado toma en cuenta parámetros tales como las características del material base, la orientación de las nanofibras, el reclutamiento de fibras, los posibles anclajes, factores determinantes en la respuesta no lineal observada experimentalmente. Las ecuaciones resultantes son validadas comparando los resultados de simulaciones con ensayos experimentales de tracción uniaxial mediante el empleo de técnicas de optimización computacional implementadas en el sistema GNU Octave. Mediante este trabajo se pretende contribuir al diseño de materiales biomiméticos mediante la integración de técnicas computacionales con ensayos experimentales.