In this paper, a novel tissue engineering scaffold design method based on triply periodic minimal surface (TPMS) is proposed. After generating the hexahedral elements for a 3D anatomical shape using the distance field algorithm, the unit cell libraries composed of triply periodic minimal surfaces are mapped into the subdivided hexahedral elements using the shape function widely used in the finite element method. In addition, a heterogeneous implicit solid representation method is introduced to design a 3D (Three-dimensional) bio-mimetic scaffold for tissue engineering from a sequence of computed tomography (CT) medical image data. CT image of a human spine bone is used as the case study for designing a 3D bio-mimetic scaffold model from CT image data.
생체 친화적이며 생분해성 고분자 소재인 poly($\varepsilon$-caprolactone)(PCL)을 rapid prototyping(RP) 공정인 바이오플로팅 시스템을 통해 세포 재생용 지지체(scaffold)를 제작하였다. 제작된 PCL 지지체는 DMA(dynamic mechanical analyzer)를 통해 동일한 재료로 제작된 기존 염침출법(salt-leaching)에 의한 지지체보다 월등히 향상된 기계적 강도를 갖고 있음을 확인하였고, 이는 기존 전통적인 세포지지체 제작에서 문제점중의 하나인 기계적인 강도적인 측면을 보완하여, 뼈조직 재생에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 지지체 내부의 구조는 세포의 증식과 이동 및 영양분의 공급이 지속될 수 있도록 전체적으로 연결된 통로로 구성되어 있고, 다양한 세포의 증식이 가능하도록 지지체의 공극 크기와 strand의 굵기 등을 조절할 수 있으며, 이를 이용하여 대체하고자 하는 생체조직의 특성에 맞도록 기계적 강도를 조정할 수 있음을 확인하였다. 제조된 PCL지지체는 연골세포를 통하여 셀 컬쳐링 되었고, 3차원 세포 지지체로서의 충분한 가능성을 보여주었다.
Hydrogel scaffolds composed of multiple components are promising platform in tissue engineering as a transplantation materials or artificial organs. Here, we present a new fabrication method for implementing multi-layered macroscopic hydrogel scaffold composed of multiple components by controlling height of hydrogel layer through precise control of ultraviolet (UV) energy density. Through the repetition of the photolithography process with energy control, we can form several layers of hydrogel with different height. We characterized UV energy-dependent profiles with single-layered PEGDA posts photocrosslinked by the modular methodology and examined the optical effect on the fabrication of multi-layered, macroscopic hydrogel structure. Finally, we successfully demonstrated the potential applicability of our approach by fabricating various macroscopic hydrogel constructs composed of multiple hydrogel layers.
Scaffold is used to produce bio sensor. Scaffold is required high dimensional accuracy. 3D printer is used to manufacture scaffold. 3D printer can't detect defect during printing. Defect detection is very important in scaffold printing. Real-time defect detection is very necessary on industry. In this paper, we proposed the method for real-time scaffold defect detection. Real-time defect detection model is produced using CNN(Convolution Neural Network) algorithm. Performance of the proposed model has been verified through evaluation. Real-time defect detection system are manufactured on hardware. Experiments were conducted to detect scaffold defects in real-time. As result of verification, the defect detection system detected scaffold defect well in real-time.
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.
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.
Intervertebral disc(IVD) mainly consists of Annulus fibrosus(AF) and Nucleus pulposus(NP), playing a role of distributing a mechanical load on vertebral body. IVD tissue engineering has been developed the methods to achieve anatomic morphology and restoration of biological function. The goal of present study is to identify the possibilities for creating a substitute of IVD the morphology and biological functions are the same as undamaged complete IVD. To fabricate the AF and NP combine biphasic IVD tissue, AF tissue scaffolds have been printed by 3D bio-printing system with natural biomaterials and NP tissues have been prepared by scaffold-free culture system. We evaluated whether the combined structure of 3D printed AF scaffold and scaffold-free NP tissue construct could support the architecture and cell functions as IVD tissue. 3D printed AF scaffolds were printed with 60 degree angle stripe patterned lamella structure(the inner-diameter is 5mm, outer-diameter is 10 mm and height is 3 mm). In the cytotoxicity test, the 3D printed AF scaffold showed good cell compatibility. The results of histological and immunohistochemical staining also showed the newly synthesized collagens and glycosaminoglycans, which are specific makers of AF tissue. And scaffold-free NP tissue actively synthesized glycosaminoglycans and type 2 collagen, which are the major components of NP tissue. When we combined two engineered tissues to realize the IVD, combined biphasic tissues showed a good integration between the two tissues. In conclusion, this study describes the fabrication of Engineered biphasic IVD tissue by using enable techniques of tissue engineering. This fabricated biphasic tissue would be used as a model system for the study of the native IVD tissue. In the future, it may have the potential to replace the damaged IVD in the future.
'후지'/M.9에 대한 세장방추형에 적합한 하단측지수 구성을 위하여 하단측지수를 달리하여 수체생육, 광환경, 수량 및 과실품질을 조사하였다. 하단측지수준별 생육은 하단측지수를 5개로 유지했을 때 수폭은 넓었고, 신초장 및 정단신초장은 증가하였다. 수관위치별 수광률은 하단측지수가 5개인 처리구에서 수관상부(지상 150cm)와 수관중부(지상 100cm)에서는 높은 경향을 보였다. 총 단과지 화아수는 측지수에 따라 차이가 없었으나, 수관위치별로 보면 수관하부(지상 120cm 이하)에서 하단측지수가 5개 처리에서 가장 많았으며, 화아의 횡경도 커지는 경향이었다. 과실수량은 하단측지수가 5개에서 가장 많았고, 과중은 하단측지수가 5개와 8개에서 증가하는 경향이었다. 과실특성은 과형지수, 경도, 산함량, Hunter L, b값은 수관위치와 측지수준에 따라 차이가 없었으나, 가용성고형물 함량은 하단측지수가 5개일 때 높았다. 과실의 착색도를 나타내는 Hunter a값은 수광률이 가장 높은 하단측지수를 5개로 유지한 처리구에서 가장 높게 나타났다.
Polycaprolactone(PCL)은 생분해성 고분자로 인장강도, 신장률, 충격강도 등의 기계적 물성이 우수하다. $TiO_2$ (titanium dioxide) nanoparticle은 친수성으로 밀도가 높고 생체적합성이 우수하다. 본 연구에서는 PCL과 $TiO_2$(titanium dioxide) nanoparticle을 이용하여 salt-leaching방법으로 3차원 다공성 지지체를 제작하였다. 제작한 지지체를 FESEM, FTIR, TGA, 압축강도 측정 등을 통해 물성을 분석하였다. $TiO_2$ nanoparticle에 의해 물흡수도와 팽윤도는 감소하였으나 압축강도는 증가하였다. CCK-8 assay를 통해 세포의 증식률을 확인한 결과, $TiO_2$ nanoparticle에 의한 세포 독성은 없는 것으로 확인되었다. 이러한 연구결과는 PCL/$TiO_2$ nanoparticle 지지체의 생체재료로 사용가능성을 제시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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