Robocasting de andamios cerámicos Fischer-Koch S para ingeniería de tejidos óseos
Autores: Baumer, Vail; Gunn, Erin; Riegle, Valerie; Bailey, Claire; Shonkwiler, Clayton; Prawel, David
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Robocasting de andamios cerámicos Fischer-Koch S para ingeniería de tejidos óseos
Categoría
Ciencias de los Materiales
Subcategoría
Materiales para aplicaciones biomédicas
Palabras clave
Tríptico
Superficies mínimas
Ingeniería de tejidos óseos
Materiales a base de fosfato de calcio
Impresión 3D
Giroides
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Las superficies mínimas periódicas triplemente (TPMS) son estructuras prometedoras para andamios en ingeniería de tejidos óseos debido a su relativamente alta absorción de energía mecánica, su estructura porosa suavemente interconectada, la topología escalable de la celda unitaria y su relativamente alta área de superficie por volumen. Los materiales a base de fosfato de calcio, como la hidroxiapatita y el fosfato tricálcico, son biomateriales de andamios muy populares debido a su biocompatibilidad, bioactividad, similitudes composicionales con el mineral óseo, no inmunogenicidad y biodegradación ajustable. Su naturaleza quebradiza puede ser parcialmente mitigada al imprimirlos en 3D en topologías TPMS como los giroides, que se estudian ampliamente para la regeneración ósea, como lo demuestra su presencia en cortadores de impresión 3D populares, sistemas de modelado y herramientas de optimización de topología. Aunque las simulaciones estructurales y de flujo han predicho propiedades prometedoras de otros andamios TPMS, como el Fischer-Koch S (FKS), hasta donde sabemos, nadie ha explorado estas posibilidades para la regeneración ósea en el laboratorio. Una razón para esto es que la fabricación de los andamios FKS, como la impresión 3D, se ve desafiada por la falta de algoritmos para modelar y cortar esta topología para su uso por impresoras de biomateriales de bajo costo. Este documento presenta un algoritmo de software de código abierto que desarrollamos para crear cubos de andamios FKS y giroides imprimibles en 3D, con un marco que puede aceptar cualquier función implícita continua y diferenciable. También informamos sobre nuestra exitosa impresión 3D de andamios FKS de hidroxiapatita utilizando un método de bajo costo que combina robocasting con fotopolimerización capa por capa. También se presentan características de precisión dimensional, microestructura interna y porosidad, demostrando un potencial prometedor para la impresión 3D de andamios cerámicos TPMS para la regeneración ósea.
Descripción
Las superficies mínimas periódicas triplemente (TPMS) son estructuras prometedoras para andamios en ingeniería de tejidos óseos debido a su relativamente alta absorción de energía mecánica, su estructura porosa suavemente interconectada, la topología escalable de la celda unitaria y su relativamente alta área de superficie por volumen. Los materiales a base de fosfato de calcio, como la hidroxiapatita y el fosfato tricálcico, son biomateriales de andamios muy populares debido a su biocompatibilidad, bioactividad, similitudes composicionales con el mineral óseo, no inmunogenicidad y biodegradación ajustable. Su naturaleza quebradiza puede ser parcialmente mitigada al imprimirlos en 3D en topologías TPMS como los giroides, que se estudian ampliamente para la regeneración ósea, como lo demuestra su presencia en cortadores de impresión 3D populares, sistemas de modelado y herramientas de optimización de topología. Aunque las simulaciones estructurales y de flujo han predicho propiedades prometedoras de otros andamios TPMS, como el Fischer-Koch S (FKS), hasta donde sabemos, nadie ha explorado estas posibilidades para la regeneración ósea en el laboratorio. Una razón para esto es que la fabricación de los andamios FKS, como la impresión 3D, se ve desafiada por la falta de algoritmos para modelar y cortar esta topología para su uso por impresoras de biomateriales de bajo costo. Este documento presenta un algoritmo de software de código abierto que desarrollamos para crear cubos de andamios FKS y giroides imprimibles en 3D, con un marco que puede aceptar cualquier función implícita continua y diferenciable. También informamos sobre nuestra exitosa impresión 3D de andamios FKS de hidroxiapatita utilizando un método de bajo costo que combina robocasting con fotopolimerización capa por capa. También se presentan características de precisión dimensional, microestructura interna y porosidad, demostrando un potencial prometedor para la impresión 3D de andamios cerámicos TPMS para la regeneración ósea.