Kim, Min-Sung;Kim, Yang-Hee;Park, Ih-Ho;Min, Young-Ki;Seo, Hyung-Seok;Lee, Byong-Taek
Korean Journal of Materials Research
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v.20
no.6
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pp.331-337
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2010
A highly porous Biphasic Calcium Phosphate (BCP) scaffold was fabricated by the sponge replica method with a microwave sintering technique. The BCP scaffold had interconnected pores ranging from $80\;{\mu}m$ to $1000\;{\mu}m$, which were similar to natural cancellous bone. To enhance the mechanical properties of the porous scaffold, infiltration of polycaprolactone (PCL) was employed. The microstructure of the BCP scaffold was optimized using various volume percentages of polymethylmethacrylate (PMMA) for the infiltration process. PCL successfully infiltrated into the hollow space of the strut formed after the removal of the polymer sponge throughout the degassing and high pressure steps. The microstructure and material properties of the BCP scaffold (i.e., pore size, morphology of infiltrated and coated PCL, compressive strength, and porosity) were evaluated. When a 30 vol% of PMMA was used, the PCL-BCP scaffold showed the highest compressive strength. The compressive strength values of the BCP and PCL-BCP scaffolds were approximately 1.3 and 2MPa, respectively. After the PCL infiltration process, the porosity of the PCL-BCP scaffold decreased slightly to 86%, whereas that of the BCP scaffold was 86%. The number of pores in the $10\;{\mu}m$ to $20\;{\mu}m$ rage, which represent the pore channel inside of the strut, significantly decreased. The in-vitro study confirmed that the PCL-infiltrated BCP scaffold showed comparable cell viability without any cytotoxic behavior.
Jo, Seon-Ae;Gang, Seong-Min;Park, Su-A;Lee, Hae-Shin
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.08a
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pp.202-202
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2011
The research of 3-dimensional (3-D) scaffold for tissue engineering has been widely investigated as the importance of the 3-D scaffold increased. 3-D scaffold is needed to support for cells to proliferate and maintain their biological functions. Furthermore, its architecture defines the shape of the new bone and cartilage growth. Polycaprolactone (PCL) has been one of the most promising materials for fabricating 3-D scaffold owing to its excellent mechanical property and biocompatibility. However, there are practical problems for using it, in vitro and in vivo; extracellular matrix components and nutrients cannot penetrate into the inner space of scaffold, due to its hydrophobic property, and thus cell seeding and attachment onto the inner surface remain as a challenge. Thus, the surface modification strategy of 3-D PCL scaffold is prerequisite for successful tissue engineering. Herein, we utilized a mussel-inspired approach for surface modification of 3-D PCL scaffold. Modification of 3-D PCL scaffolds was carried out by simple immersion of scaffolds into the dopamine solution and stimulated body fluid, and as a result, hydroxyapatite-immobilized 3-D PCL scaffolds were obtained. After surface modification, the wettability of 3-D PCL scaffold was considerably changed, and infiltration of the pre-osteoblastic cells into the 3-D scaffold followed by the attachment onto the surface was successfully achieved.
Biomedical scaffold for tissue regeneration was fabricated by one of rapid prototyping processes, bioplotting system, with a biodegradable and biocompatible poly($\varepsilon$-carprolactone)(PCL). Through dynamic mechanical test, it was observed that the PCL scaffold manufactured by the bioplotting process has the superior mechanical properties compared to the conventional scaffold fabricated by a salt-leaching process, and the plotted scaffold could be employed as a potential scaffold to regenerating hard and soft tissue. The plotted scaffold was consisted of porous structures. which were interconnected with each pore to help cells be easily adhered and proliferated in the wall of pore tunnels, and metabolic nutrients can be transported within the matrix. By using the plotting system, we could adjust the pore size, porosity, strand pitch, and, strand diameter of PCL scaffolds, which were important parameters to control mechanical properties of the scaffolds, and consequently we could determine that the mechanically controlled scaffolds could be used as a matching scaffold for any required mechanical properties of the target organ. The fabricated 3D PCL scaffold showed enough possibility as a 3D biomedical scaffold, which was cell-cultured with chondrocytes.
Park, Ko-Eun;Lee, Jun-Hee;Kim, Jae-Hyun;Lee, Hak-Joo;Kim, Wan-Doo
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1692-1696
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2008
In this paper, we characterize the mechanical properties of PCL strand which is made by oscillating nozzle for tissue engineering scaffold. In order to increase the mechanical properties of the PCL strand, we designed an oscillating nozzle system for the 3D plotting system. First, we check the effect of the nozzle speed (3 to 8 mm/sec), frequency (0 or 300 Hz) and the oscillating amplitude (0 or 100 V) on the diameter of the PCL strand. Second, we observe the effect of the frequency (0, 100, 200 and 300 Hz) and the oscillating amplitude (0, 50 and 100 V) on the mechanical property of PCL strand. The mechanical properties and surface morphology of PCL strand made by oscillating nozzle are compared with the PCL strand made by normal nozzle using Nano-UTM and SEM.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.9
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pp.791-797
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2014
Abstract Scaffold used as a carrier of the cell has been actively conducted using plenty of technology in tissue engineering. ${\beta}$-tricalcium phosphate (${\beta}$-TCP) material has shown good biocompatibility and osteoconductive ability when it was implanted as a bone graft substitute in osseous defect in human and animal studies for bone regeneration. In this study, we fabricated the blended polycaprolactone (PCL) and ${\beta}$-TCP scaffold by the polymer deposition system (PDS). The PCL/${\beta}$-TCP scaffold was fabricated at a temperature of $110^{\circ}C$, pressure of 650 kPa, and scan velocity of 100 mm/sec. The Overall geometry and size of the scaffold were fixed circle type with a diameter of 10 mm and a height of 4 mm. PCL/${\beta}$-TCP scaffold was observed by scanning electron microscopy. Cell attachment and proliferation of the scaffold containing 30 wt% ${\beta}$-TCP was superior to those containing 10 wt% and 20 wt% ${\beta}$-TCP.
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.
Kim, Ji-Woong;Park, Ko-Eun;Lee, Jun-Hee;Park, Su-A;Kim, Wan-Doo
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1697-1699
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2008
The purpose of tissue engineering is to repair or replace damaged tissues or organs by a combination of cells, scaffold, suitable biochemical and physio-chemical factors. Among the three components, the biodegradable scaffold plays an important role in cell attachment and migration. In this study, we designed 3D porous scaffold by Rapid Prototyping (RP) system and fabricated layer-by-layer 3D structure using Polycarprolactone (PCL) - one of the most flexible biodegradable polymer. Furthermore, the physical and mechanical properties of the scaffolds were evaluated by changing the pore size and the strand diameter of the scaffold. We changed nozzle diameter (strand diameter) and strand to strand distance (pore size) to find the effect on the mechanical property of the scaffold. And the surface morphology, inner structure and storage modulus of PCL scaffold were analyzed with SEM, Micro-CT and DMA.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2010.05a
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pp.43.1-43.1
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2010
조직공학의 중요한 요소로 작용하는 scaffold는 여러 가지 필수적인 조건들을 만족시켜야 한다. 대표적인 특징들로는 (1)생분해성 및 비독성, (2)넓은 표면적을 갖는 상호 연결된 내부 다공성 구조, (3)구조적 안정성, (4)세포부착 기질의 제공, (5)낮은 면역 반응성, (6)혈전 형성 억제, (7)친수성, (8)생체 기능성 등을 들 수 있다. 이러한 scaffold가 갖추어야 할 특성 중에서 세포 부착 기질 제공을 위하여 scaffold에 표면 개질을 통한 기능기를 도입하였다. 본 연구에서는 BCP scaffold의 구조적 안정성 부여를 위하여 PCL(polycaprolactone)을 infiltration 하였다. PCL은 소수성의 특징을 갖고 있어 세포와 상호작용 할 수 있는 생물학적 반응기가 없기 때문에 세포와의 친화성이 떨어진다. 세포의 친화성을 높여주기 위해 실리콘의 전구체인 TEOS(tetraethly orthosilicate)를 코팅하고, 그 위에 카복실기(carboxylic acid group)를 도입하였다. 또한 세포의 고정화를 높여주기 위해 fibronectin을 코팅하여 BCP/PCL scaffold의 세포 친화성을 높여주었다. 이와 같이 제조된 고기능성 BCP/PCL scaffold의 내부 구조와 특성을 Micro-CT로 확인하였고, 또한 실리콘 코팅 여부를 확인하기 위하여 SEM-EDS를 통해 관찰하였으며, FT-IR 관찰을 통해 카복실기 도입 여부를 확인 하였다. 또한 생체적합성 평가를 위해 MTT assay, 조골세포의 부착에 미치는 영향을 관찰하기 위해 SEM, 조골세포의 유전자 발현에 미치는 영향을 관찰하기 위해 RT-PCR을 통해 확인 하였다.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1153-1159
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2015
Recently, synthetic biopolymers and bioceramics such as poly (${\varepsilon}$-caprolactone)(PCL), hydroxyapatite, tricalcium phosphate, biphasic calcium phosphate(BCP), and zirconia have been used as substrates to generate various tissues or organs in tissue engineering. Thus, the purpose of this study was the characterization of $ZrO_2$/BCP/PCL(ZBP) scaffold for bone tissue regeneration. Based on the result of single-line test, blended 3D ZBP scaffolds with fully interconnected pores and new complex pore pattern of $45^{\circ}+135^{\circ}$-type and staggered-type were successfully fabricated using a polymer deposition system. Furthermore, the effect of ZBP scaffold on mechanical property was analyzed. In addition, in vitro cell interaction of ZBP scaffold on MG63 cells was evaluated using a cell counting kit-8(CCK-8) assay.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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