3D printing of sponge spicules-inspired flexible bioceramic-based scaffolds

生物陶瓷 海绵骨针 材料科学 生物相容性 生物医学工程 脆性 3D打印 纳米技术 复合材料 解剖 工程类 医学 冶金
作者
Zhibo Yang,Jianmin Xue,Tian Li,Dong Zhai,Xiaopeng Yu,Zhiguang Huan,Chengtie Wu
出处
期刊:Biofabrication [IOP Publishing]
卷期号:14 (3): 035009-035009 被引量:24
标识
DOI:10.1088/1758-5090/ac66ff
摘要

Abstract Bioceramics are widely used in bone tissue repair and regeneration due to their desirable biocompatibility and bioactivity. However, the brittleness of bioceramics results in difficulty of surgical operation, which greatly limits their clinical applications. The spicules of the marine sponge Euplectella aspergillum ( Ea ) possess high flexibility and fracture toughness resulting from concentric layered silica glued by a thin organic layer. Inspired by the unique properties of sponge spicules, flexible bioceramic-based scaffolds with spicule-like concentric layered biomimetic microstructures were constructed by combining two-dimensional (2D) bioceramics and 3D printing. 2D bioceramics could be assembled and aligned by modulating the shear force field in the direct ink writing (DIW) of 3D printing. The prepared spicules-inspired flexible bioceramic-based (SFB) scaffolds differentiated themselves from traditional 3D-printed irregular particles-based bioceramic-based scaffolds as they could be adaptably compressed, cut, folded, rolled and twisted without the occurrence of fracture, significantly breaking through the bottleneck of inherent brittleness of traditional bioceramic scaffolds. In addition, SFB scaffolds showed significantly enhanced in vitro and in vivo bone-forming bioactivity as compared to conventional β-tricalcium phosphate (β-TCP) scaffolds, suggesting that SFB scaffolds combined both of excellent mechanical and bioactive characteristics, which is believed to greatly promote the bioceramic science and their clinical applications.
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