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A hyperelastic model for simulating cells in flow

DOI zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: https://doi.org/10.15495/EPub_UBT_00005339
URN zum Zitieren der Version auf EPub Bayreuth: urn:nbn:de:bvb:703-epub-5339-4

Titelangaben

Müller, Sebastian Johannes ; Weigl, Franziska ; Bezold, Carina ; Bächer, Christian ; Albrecht, Krystyna ; Gekle, Stephan:
A hyperelastic model for simulating cells in flow.
In: Biomechanics and Modeling in Mechanobiology. Bd. 20 (2020) Heft 2 . - S. 509-520.
ISSN 1617-7940
DOI der Verlagsversion: https://doi.org/10.1007/s10237-020-01397-2

Volltext

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Format: PDF
Name: Müller2020_Article_AHyperelasticModelForSimulatin.pdf
Version: Veröffentlichte Version
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Abstract

In the emerging field of 3D bioprinting, cell damage due to large deformations is considered a main cause for cell death and loss of functionality inside the printed construct. Those deformations, in turn, strongly depend on the mechano-elastic response of the cell to the hydrodynamic stresses experienced during printing. In this work, we present a numerical model to simulate the deformation of biological cells in arbitrary three-dimensional flows. We consider cells as an elastic continuum according to the hyperelastic Mooney–Rivlin model. We then employ force calculations on a tetrahedralized volume mesh. To calibrate our model, we perform a series of FluidFM$$^{{\textregistered }}$$compression experiments with REF52 cells demonstrating that all three parameters of the Mooney–Rivlin model are required for a good description of the experimental data at very large deformations up to 80%. In addition, we validate the model by comparing to previous AFM experiments on bovine endothelial cells and artificial hydrogel particles. To investigate cell deformation in flow, we incorporate our model into Lattice Boltzmann simulations via an Immersed-Boundary algorithm. In linear shear flows, our model shows excellent agreement with analytical calculations and previous simulation data.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Keywords: hyperelasticity; cell deformation; Mooney–Rivlin; atomic force microscopy; shear flow; Lattice-Boltzmann
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Professur Theoretische Physik VI - Simulation und Modellierung von Biofluiden > Professur Theoretische Physik VI - Simulation und Modellierung von Biofluiden - Univ.-Prof. Dr. Stephan Gekle
Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Professur Theoretische Physik VI - Simulation und Modellierung von Biofluiden
Sprache: Englisch
Titel an der UBT entstanden: Ja
URN: urn:nbn:de:bvb:703-epub-5339-4
Eingestellt am: 18 Mrz 2021 10:36
Letzte Änderung: 15 Sep 2023 11:35
URI: https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/5339

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