4D-Printed PLA/PEG/Mg Gyroid Metamaterial Scaffolds: Mechanistically Tunable Degradation and Body-Safe Shape Transformation

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作者
Roozbeh Aghabarari,Reza Alizadeh,Mahboubeh Bohlouli,Juan P. Fernandéz‐Blázquez
出处
期刊:Biomacromolecules [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.biomac.6c00690
摘要

Smart bone scaffolds require body-safe actuation, controlled degradation, and early mechanical support. Here, gyroid scaffolds were fabricated by fused deposition modeling using a metamaterial approach to couple shape recovery with mechanistically tunable degradation. Polylactic acid (PLA) was plasticized with 10 wt % polyethylene glycol (PEG) to lower the glass transition temperature ( T g ), while 2.5 and 5 wt % magnesium (Mg) particles were incorporated to regulate degradation, reinforcement, and biocompatibility. Thermal and viscoelastic analyses confirmed T g reduction to ∼44 °C, enabling body-safe activation. PLA/10PEG/2.5Mg achieved the best shape-memory response, with a shape recovery ratio ( R r ) of 90.4% within ∼71 s. Physicochemical and mechanical degradation tracking over 12 weeks revealed that PEG leaching, Mg corrosion, and gyroid interconnectivity synergistically promoted bulk-like degradation, yielding up to ∼600% higher weight loss and mechanical retention. Cytocompatibility further improved with Mg incorporation. This work establishes a mechanistic framework for codesigning degradation and shape recovery in 4D-printed PLA/PEG/Mg scaffolds.

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