Conventional methods for fabricating three-dimensional (3-D) scaffolds have substantial limitations. In this paper, we present 3-D scaffolds that can be made repeatedly with the same dimensions using a microstereolithography system. This system allows the fabrication of a pre-designed internal structure, such as pore size and porosity, by stacking photopolymerized materials. The scaffolds must be manufactured in a material that is biocompatible and biodegradable. In this regard, we synthesized liquid photocurable biodegradable TMC/TMP, followed by acrylation at terminal ends. And also, solidification properties of TMC/TMP polymer are to be obtained through experiments. Cell adhesion to scaffolds significantly affects tissue regeneration. As a typical example, we seeded chondrocytes on two types of 3-D scaffold and compared the adhesion results. Based on these results, the scaffold geometry is one of the most important factors in chondrocyte adhesion. These 3-D scaffolds could be key factors for studying cell behavior in complex environments and eventually lead to the optimum design of scaffolds for the regeneration of various tissues, such as cartilage and bone.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.134.1-134.1
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2017
In this study, we propose a new scaffold fabrication method, "direct electro-hydrodynamic jet process," using the initial jet of an electrospinning process and ethanol media as a target. The fabricated threedimensional (3D) fibrous structure was configured with multilayered microsized struts consisting of randomly entangled micro/nanofibrous architecture, similar to that of native extracellular matrixes. The fabrication of the structure was highly dependent on various processing parameters, such as the surface tension of the target media, and the flow rate and weight fraction of the polymer solution. As a tissue regenerative material, the 3D fibrous scaffold was cultured with preosteoblasts to observe the initial cellular activities in comparison with a solid-freeform fabricated 3D scaffold sharing a similar structural geometry. The cell-culture results showed that the newly developed scaffold provided outstanding microcellular environmental conditions to the seeded cells (about 3.5-fold better initial cell attachment and 2.1-fold better cell proliferation).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.10
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pp.865-871
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2016
In recent years, traditional scaffold fabrication techniques such as gas foaming, salt leaching, sponge replica, and freeze casting in tissue engineering have significantly limited sufficient mechanical property and cell interaction effect due to only random pores. Fused deposition modeling is the most apposite technology for fabricating the 3D scaffolds using the polymeric materials in tissue engineering application. In this study, 3D slurry mould was fabricated with a blended biphasic calcium phosphate (BCP)/Silica/Alginic acid sodium salt slurry in PCL mould and heated for two hours at $100^{\circ}C$ to harden the blended slurry. 3D dual-pore BCP/Silica scaffold, composed of macro pores interconnected with micro pores, was successfully fabricated by sintering at furnace of $1100^{\circ}C$. Surface morphology and 3D shape of dual-pore BCP/Silica scaffold from scanning electron microscopy were observed. Also, the mechanical properties of 3D BCP/Silica scaffold, according to blending ratio of alginic acid sodium salt, were evaluated through compression test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.4
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pp.371-377
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2014
In tissue engineering, a scaffold is a three-dimensional(3D) structure that serves as a template for regeneration the functions of damaged tissues or organs. Among materials for scaffolds, polycaprolactone(PCL) and ${\beta}$-tricalcium phosphate(${\beta}$-TCP) are biodegradable and biocompatible. In this study, we fabricated 3D PCL, blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %), and pure ${\beta}$-TCP scaffolds by a multi-head scaffold fabrication system. Scaffolds with a pore size of $600{\pm}20{\mu}m$ was observed by scanning electron microscopy. The effects of 3D PCL, blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %) and pure ${\beta}$-TCP scaffolds were analyzed by evaluating their mechanical characteristics. In addition, in an in-vitro study using osteoblast-like saos-2 cells, we confirmed the effects of 3D scaffolds on cellular behaviors such as cell adhesion and proliferation. In summary, the 3D blended PCL (60 wt %)/${\beta}$-TCP (40 wt %) scaffold was found to be suitable for human cancellous bone in terms of its the compressive strength, biocompatibility, and osteoconductivity. Thus, blending PCL and ${\beta}$-TCP could be a promising approach for fabricating 3D scaffolds for effective bone regeneration.
Scaffolds of tissue engineering should be biocompatible and biodegradable for cell attachment, proliferation and differentiation. In the various scaffold fabrication, 3D printing technique can make the three dimensional scaffold with interconnected pores for cell ingrowth. Polycaprolactone (PCL) is biodegradable polyester with a low melting temperature and has been approved by the Food and Drug Administration (FDA). In this study, PCL scaffold was fabricated by 3D bioprinting system and surface modification of PCL scaffold was controlled by NaOH treatment. Morphological change and wetability of NaOH-treated scaffold were observed by SEM and contact angle measurement system. The remnant of PCL treated with NaOH was measured by ATR-FTIR. In vitro study of scaffolds was evaluated with WST-1 and ALP activity assay. NaOH treatment of PCL scaffolds increased surface roughness, hydrophilicity, cell proliferation and osteogenic differentiation. These results indicate that NaOH-treated PCL scaffold made by 3D bioprinting has tissue engineered potential for the development of biocompatible material.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.3
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pp.249-257
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2013
Rapid prototyping was used to design and develop a three-dimensional (3D) scaffold for tissue engineering application. In this study, the nozzle guide (TB-CP-HN, MUSASHI ENGINEERING, INC., JAPAN) used with the syringe of the polymer deposition system (PDS) was evaluated by measuring the scaffold line width and height. 3D scaffolds were fabricated using a biodegradable polymer called poly-caprolactone (PCL). The PCL polymer can be deposited from the needle of a syringe using a 200-${\mu}m$ precision nozzle, at a pressure of 600 kPa and temperature of $125^{\circ}C$. The advantages and improvements in this nozzle guide were addressed through washer scaffold fabrication. Overall, this research indicated that the fabrication of a complex-shaped scaffold using an enhanced polymer deposition system may have potential for tissue engineering.
Warpage defect detecting of scaffold is very important in biosensor production. Because warpaged scaffold cause problem in cell culture. Currently, there is no detection equipment to warpaged scaffold. In this paper, we produced detection model for shape warpage detection using deep learning based CNN. We confirmed the shape of the scaffold that is widely used in cell culture. We produced scaffold specimens, which are widely used in biosensor fabrications. Then, the scaffold specimens were photographed to collect image data necessary for model manufacturing. We produced the detecting model of scaffold warpage defect using Densenet among CNN models. We evaluated the accuracy of the defect detection model with mAP, which evaluates the detection accuracy of deep learning. As a result of model evaluating, it was confirmed that the defect detection accuracy of the scaffold was more than 95%.
In this paper, We need to change all print factors when which print scaffold with 400 ㎛ pore using FDM 3d printer. Therefore the print quantity is 10 billion times, So we are difficult to print on workplace. To solve the problem, we used the prediction model based machine learning regression. We preprocessed and learned the securing print condition data, and we produced different kinds of prediction models. We predicted the pore size of scaffolds not securing with new print condition data using prediction models. We have derived the print conditions that satisfy the pore size of 400 ㎛ among the predicted print conditions of pore size. We printed the scaffolds 5 times on the condition. We measured the pore size of the printed scaffold and compared the average pore size with the predicted pore size. We confirmed that error was less than 1%, and we were identify the model with the highest pore size prediction performance of scaffold.
In this paper, we studied the problem if the experiment number occurring in order to identify defect in scaffold. We need to change each of the 5 print factor to predict defect when printing disk type scaffold using FDM 3d printer. So then the number of scaffold print will be more than 100,000 times. This experiment number is difficult to perform in the field. In order to solve this problem, we have produced a prediction model based on machine learning multiple linear regression using print conditions and defect scaffold data for print conditions. The prediction model produced was verified through experiments. The verification confirmed that the error was less than 0.5 %. We have confirmed that satisfied within the target margin of error 5 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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