Following their applications in cardiology, ophthalmology and dentistry among others, the advent of lasers in dermatology and urology had become the success story of the past decade. Laser-assisted treatments in dermatology and urology are mainly based on the laser-induced tissue injury/coagulation and/or ablation, depending upon the desirable clinical endpoint. In this review, we discussed the underlying mechanisms of the laser induced tissue ablation. In any medical laser application, the controlled thermal injury and coagulation, and the extent of ablation, if required, are critical. The laser thermal mechanism of injury is intricately related to the selective absorption of light and its exposure duration, similarly to the laser induced ablation. The laser ablation mechanisms were categorized into four different categories (the photo-thermally induced ablation, the photo-mechanically induced ablation, the plasma induced ablation and the photoablation) and their fundamentals are herein described. The brief history of laser treatment modality in dermatology and urology are summarized.
Biological tissues and organs are composed of different arrays of cells, biochemical cues, and extracellular matrices arranged in a complex microarchitecture. Laser-Assisted Bioprinting (LAB) is an emerging and promising technology that is reproducible with high accuracy that can be used for fabricating complex bioengineered scaffolds that mimic tissues and organs. The LAB process allows researchers to print intricate structural scaffolds using cells and different biomaterials essential for facilitating cell-scaffold interaction and to induce tissue and organ regeneration which cannot be achieved in a traditional scaffold fabrication. This process can fabricate artificial cell niches or architecture without affecting cellular viability and material integrity. This review tackles the basic principles and key aspects of Laser-Assisted Bioprinting. Recent advances, limitations, and future perspectives are also discussed.
Hydrogels have been developed and used in tissue engineering and regenerative medicine to deliver therapeutics to injured or diseased tissue because of their versatility and properties that can be tailored to match the natural extracellular matrix. Hydrogels can be made with a variety of physical and chemical properties combined with light responsiveness ideal for applications in different fields of medicine that require the spatiotemporal control of therapeutics. Light, as a stimulus, is relatively inexpensive, contact-free, noninvasive with high spatial resolution and temporal control, convenient and easy to use, and allows deep tissue penetration that is relatively harmless. Photoresponsive hydrogels are ideal candidates for on-demand drug delivery systems that are capable of sustained and controlled drug release, minimizing the side effects, and ensuring the activity and efficient delivery of drugs to the target tissue.
Recently, with continuous developments in the field of materials science, graphene oxide (GO) has emerged as a promising material with excellent electrical, thermal, mechanical, and optical properties, which play important roles in most fields. Researchers have achieved considerable progress with graphene. Chitosan (CS) is a natural polymer that has been studied intensively owing to its specific formation, high chemical resistance, and excellent physical properties. These outstanding properties have led to its universal use in applications such as textile fabrics, tissue engineering, medicine and health, coatings, and paints. By combining the advantages of GO and CS, different types of promising materials can be obtained. This review discusses the preparation of GO-CS fibers, hydrogel and aerogel, and the applications of GO-CS nanocomposites. In addition, directions for future research on graphene material composites are discussed.
Ceylan, Seda;Demir, Didem;Gul, Gulsah;Bolgen, Nimet
Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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v.4
no.1
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pp.1-8
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2019
The aim of this study was to investigate the effect of total polymer concentration on the chemical structure, morphology of pores, porosity, swelling ratio, degradation of gelatin-poly (vinyl alcohol) (Gel-PVA) cryogel scaffolds. Porous cryogels were prepared with cryogelation technique by using glutaraldehyde as a crosslinker. Functional group composition of cryogels after crosslinking was investigated by Fourier Transform Infrared (FTIR). The morphology of cryogels was characterized via scanning electron microscopy (SEM) and porosity analysis. All of the cryogels had a porous structure with an average pore size between $45.58{\pm}14.28$ and $50.14{\pm}4.26{\mu}m$. The cryogels were biodegradable and started to degrade in 14 days. As the polymer concentration increased the swelling ratio, the porosity and the degradation rate decreased. Spongy and mechanically stable Gel-PVA cryogels, with tunable properties, can be potential candidates as scaffolds for tissue engineering applications.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.29
no.4
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pp.249-256
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2003
The lack of sufficient oral mucosa available for intra-oral reconstruction has been dealt with by the use of skin or oral mucosa grafts harvested from donor sites but grafts requires more than one surgical procedures and could cause donor site morbidity. Many investigators have attempted to increase available soft tissue by tissue engineered skin or oral mucosa replacements for clinical applications. But, reconstructed mucosa by several methods have low physical properties such as rolling and contraction. The aims of this study were to develope an in vitro experimental model that maintains an epithelial-mesenchymal interaction by organotypic raft culture, and to characterize biologic properties of three-dimensionally cultured oral mucosa embedded with Polydioxanone mesh by histological and immunohistochemical analysis. The results were as follows; 1. Oral mucosa reconstructed by three-dimensional organotypic culture revealed similar morphologic characteristics to equvalent normal oral mucosa in the point that they show stratification and differentiation. 2. The expression of cytokeratin 10/13 and involucrin in the cultured tissue showed the same pattern with normal oral mucosa suggesting that organotypic co-culture condition is able to induce cellular differentiation. 3. After insertion of polydioxanone mesh, increased tensile strength were observed. These results suggest that three-dimensional organotypic co-culture of the oral mucosa cell lines with the dermal equvalent consisting type I collagen and fibroblasts reproduce the morphologic and immunohistochemical characteristics similar to those in vivo condition. And increased physical properties by use of polydioxanone mesh will helpful for clinical applications.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2011.05a
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pp.51.2-51.2
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2011
A novel electrospun nanofiber membrane was fabricated using combined poly (vinylphosphonic acid) (PVPA) and polyvinyl alcohol (PVA) intended for bone tissue engineering applications. PVPA is a proton-conducting polymer used as primer for bone implants and dental cements to prevent corrosion and brush abrasion. The phosphonate groups of PVPA have the ability to crosslink and attach itself to the hydroxyapatite surface facilitating faster integration of the biomaterial to the bone matrix. PVA was combined with PVPA to provide hydrophilicity, biocompatibility and improve its spinnability. To improve its mechanical strength, PVPA/PVA and neat PVA mixtures were combined to produce a multilayer scaffold. The physical and chemical properties of the of the fabricated matrix was investigated by SEM and TEM morphological analyses, tensile strength test, XRD, FT-IR spectra, swelling behavior and biodegradation rates, porosity and contact angle measurements. Biocompatibility was also examined in vitro by cytotoxicity and cell proliferation studies with MTT assay and cell adhesion behavior by SEM and confocal microscopy.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.6
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pp.686-692
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2012
Solid free-form fabrication (SFF) technology was developed to fabricate three-dimensional (3D) scaffolds for tissue engineering (TE) applications. In this study, we developed a polymer deposition system (PDS) and created 3D microstructures using a bioresorbable polycaprolactone (PCL) polymer. Fabrication of 3D scaffolds by PDS requires a combination of several devices, including a heating system, dispenser, and motion controller. The system can process a polymer with extremely high precision by using a 200 ${\mu}m$ nozzle. Based on scanning electron microscope (SEM) images, both the line width and the piled line height were fine and uniform. Several 3D micro-structures, including the ANU pattern (a pattern named after Andong National University), $45^{\circ}$ pattern square, frame, cylindrical, triangular, cross-shaped, and hexagon, have been fabricated using the polymer deposition system.
Velasco, Marco A.;Lancheros, Yadira;Garzon-Alvarado, Diego A.
Journal of Computational Design and Engineering
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v.3
no.4
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pp.385-397
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2016
Scaffolds are essential in bone tissue engineering, as they provide support to cells and growth factors necessary to regenerate tissue. In addition, they meet the mechanical function of the bone while it regenerates. Currently, the multiple methods for designing and manufacturing scaffolds are based on regular structures from a unit cell that repeats in a given domain. However, these methods do not resemble the actual structure of the trabecular bone which may work against osseous tissue regeneration. To explore the design of porous structures with similar mechanical properties to native bone, a geometric generation scheme from a reaction-diffusion model and its manufacturing via a material jetting system is proposed. This article presents the methodology used, the geometric characteristics and the modulus of elasticity of the scaffolds designed and manufactured. The method proposed shows its potential to generate structures that allow to control the basic scaffold properties for bone tissue engineering such as the width of the channels and porosity. The mechanical properties of our scaffolds are similar to trabecular tissue present in vertebrae and tibia bones. Tests on the manufactured scaffolds show that it is necessary to consider the orientation of the object relative to the printing system because the channel geometry, mechanical properties and roughness are heavily influenced by the position of the surface analyzed with respect to the printing axis. A possible line for future work may be the establishment of a set of guidelines to consider the effects of manufacturing processes in designing stages.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.18
no.12
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pp.59-66
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2019
In this study, we developed a novel laser sintering deposition system (LSDS) based on solid free-form fabrication (SFF) technology as it has the potential to fabricate complex geometries with controllable architecture for bone tissue engineering applications. The 3D biphasic calcium phosphate (BCP) scaffolds were fabricated with a pore size of 800㎛, a line width and height of 1000㎛, and an overall size of 8.2×8.2×8.0 mm3 according to the design of experiment (DOE) results. Additionally, an optimized manufacturing process using response surface analysis was established to fabricate 3D BCP scaffolds. The fabricated 3D BCP scaffolds were sintered at 950℃, 1050℃, 1150℃, and 1250℃ according to sintering processes with a furnace. As the sintering temperature increased, the porosity increased. Through the compressive strength test, the 3D BCP scaffolds sintered at 1050℃ presented good results of about 0.76 MPa. These results suggest that fabrication methods for 3D bioceramic scaffolds using LSDS may meet the basic requirements for bone tissue engineering.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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