Park, Jung-Whan;Lee, Jun-Hee;Cho, Hyeon-Uk;Lee, Su-Hee;Park, Su-A;Kim, Wan-Doo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.1
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pp.33-40
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2012
The scaffold serves as 3D substrate for the cells adhesion and mechanical support for the newly grown tissue by maintaining the 3D structure for the regeneration of tissue and organ. In this paper, we proposed integrated scaffold fabrication system using multi-axis rapid prototyping (RP) technology. It can fabricate various types of scaffolds: arbitrary sculptured shape, primitive shape, and tube shape scaffolds by layered dispensing biocompatible/ biodegradable polymer strands in designated patterns. In order to fabricate the 3D scaffold, we need to generate the plotting path way for the scaffold fabrication system. We design a data processing program - scaffold plotting software, which can convert the 3D STL file, primitive and tube model images into the NC code for the system. Finally, we fabricated the customized 3D scaffolds with high accuracy using the plotting software and the fabrication system.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.159-160
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2006
A novel approach to the manufacture of biocompatible ceramic scaffold for tissue engineering using micro-stereolithography system is introduced. Micro-stereolithography is a newly proposed technology that enables to make a 3D micro structure. The 3D micro structures made by this technology can have accurate and complex shape within a few micron error. Therefore, the application based on this technology can vary greatly in nano-bio fields. Recently, tissue-engineering techniques have been regarded as alternative candidate to treat patients with serious bone defects. So many techniques to design and fabricate 3D scaffolds have been developed. But the imperfection of scaffold such as random pore size and porosity causes a limitation in developing optimum scaffold. So scaffold development with controllable pore size and fully interconnected shape have been needed for a more progress in tissue engineering. In this paper, bone scaffold was developed by applying the micro-stereolithography to the mold technology. The scaffold material used was HA(Hydroxyapatite) nano powder. HA is a type of calcium phosphate ceramic with similar characteristic to human inorganic bone component. The bone scaffold made by HA is expected, in the near future, to be an efficient therapy for bone defect.
Park, Seung-Won;Goo, Tae-Won;Kim, Seong-Ryul;Kweon, Hae-Yong;Kang, Seok-Woo
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.23
no.2
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pp.193-199
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2011
Silk protein and agarose are widely known as biocompatible materials in the human body. A three-dimensional (3D) scaffold composed of agarose and low-molecular- weight silk fibroin (LSF) was fabricated and examined in terms of structural characteristics and cellular responses in bone tissue engineering. This study showed that mouse pluripotent precursor cells attached to and proliferated uniformly on and within the LSF-containing 3D scaffold. Interestingly, cell proliferation and attachment was shown to be higher in a 3D scaffold containing 0.02% LSF, as compared to other LSF concentrations. The results of this study suggest that agarose-LSF scaffolds may be useful materials for tissue engineering.
This paper presents a novel structural composition for artificial bone scaffolds with an appropriate biocompatibility and biodegradability capability. To achieve this aim, carbon nanotubes, due to their prominent mechanical properties, high biocompatibility with the body and its structural similarities with the natural bone structure are selected in component of the artificial bone structure. Also, according to the piezoelectric properties of natural bone tissue, the barium titanate, which is one of the biocompatible material with body and has piezoelectric property, is used to create self-healing ability. Furthermore, due to the fact that, most of the bone tissue is consists of hydroxyapatite, this material is also added to the artificial bone structure. Finally, polycaprolactone is used in synthetic bone composition as a proper substrate for bone growth and repair. To demonstrate, performance of the presented composition, the mechanical behaviour of the bone scaffold is simulated using ANSYS Workbench software and three dimensional finite element modelling. The obtained results are compared with mechanical behaviour of the natural bone and the previous bone scaffold compositions. The results indicated that, the modulus of elasticity, strength and toughness of the proposed composition of bone scaffold is very close to the natural bone behaviour with respect to the previous bone scaffold compositions and this composition can be employed as an appropriate replacement for bone implants.
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.
Microstereolithography technology has potential capability for fabrication of 3D microstructures. It evolved from conventional SLA which is one of the RP processes. In a microstereolithography process, 3D microstructures can be easily fabricated by continuously stacking 2D layer which is photopolymerized using a liquid prepolymer. Combination between biocompatible/biodegradable photocurable prepolymer and 3D complex fabrication in microstereolithography makes broad application areas such as medical, pharmaceutic, and bio devices. In particular, a 3D microneedle for transdermal drug delivery and a scaffold for tissue engineering are fabricated using this technology. In this paper, the authors address development of microstereolithography system adapted to large surface and fabrication of various microstructures. In addition, to apply human body we suggest a biodegradable 3D microneedle and a scaffold using biodegradable photocurable prepolymer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.12
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pp.1229-1235
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2015
Scaffold fabrication technology using a 3D printer was developed for damaged bone tissue regeneration. A scaffold for bone tissue regeneration application should be biocompatible, biodegradable, and have an adequate mechanical strength. Moreover, the scaffold should have pores of satisfactory quantity and interconnection. In this study, we used the polymer deposition system (PDS) based on fused deposition modeling (FDM) to fabricate a 3D scaffold. The materials used were polycaprolactone (PCL) and alginic acid sodium salt (sodium alginate, SA). The salt-leaching method was used to fabricate dual pores on the 3D scaffold. The 3D scaffold with dual pores was observed using SEM-EDS (scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy) and evaluated through in-vitro tests using MG63 cells.
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.
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.
The Rapid Prototyping (RP) technology has advanced in many application areas. In this research, implantable Drug Delivery System (DDS) was fabricated by an RP system, Nano Composite Deposition System (NCDS). The DDS composite consists of 5-fluorouracil (5-FU), as drug particles, and PLGA85/15 as biodegradable polymer matrix. To have larger surface area, the DDS was fabricated in a scaffold shape, and its degradation was tested in vitro environment. Biocompatible Hydroxyapatite (HA) powders were added to the drug-polymer composite in order to control drug release. Test results showed a possibility of controlled release of scaffold DDS over 50 days.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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