Degradable copolymers in additive manufacturing: controlled fabrication of pliable scaffolds [Elektronisk resurs]

• Inom vävnadsregenerering är produktionen av väldefinieradematriser med en porös arkitektur av nedbrytbara polymerer av stortintresse, dessa kan nu skapas genom additiva tillverkningsprocesser. Vidadditiv tillverkning krävs ett smalt munstycke för att skapa detaljrikastrukturer och detta ställer krav på att de reologiska egenskapernaanpassat. Lägre viskositet av smältan gör de lättare att använda, men enhög molmassa krävs för tillverka matriser där de mekaniska egenskapernakan bibehållas under tiden som krävs för vävnadsregenerering. Ytterligareen utmaning uppstår när nedbrytbara polymerer används i smältbaseradadditiva tillverkningsprocesser är att termisk nedbrytning ofta reducerarmolmassan redan under produktionsfasen. För att kunna användanedbrytbara polymerer av medicinsk kvalitet i smältbaserad additivtillverkning och samtidigt minimera den termiska nedbrytningen har, idenna avhandling, reologiska fingeravtryck av nedbrytbara syntetiskapolymerer med medicinsk kvalitet använts för att bestämmaprocessparametrar. Termisk nedbrytning beroende av processparamaterar har analyserats och minimeras i två smältbaserade additivatillverkningsprocesser.En additiv tillverkningsprocess var designad där nedbrytbarapolymerer av hög molmassa kunde användas utan termisk nedbrytning närprocessparametrar hade valts utifrån polymerens egenskaper. Kunskapenom användningen av dessa polymerer inom additiv tillverkning kundeappliceras på en sampolymer som utvecklats inom forskningsgruppen förmjukvävnad, poly(ε-kaprolakton-co-p-dioxanon) för att skapa böjbaramatriser. Genom att använda reologisk analys och polymerkarakteriseringerhölls processparametrar som möjliggjorde additiv tillverkning utantermisk nedbrytning. I tillägg till val av polymer och processparametrar såkan mekaniska egenskaper också styras av den strukturella designen.Poly(ε-kaprolakton) användes som modellmaterial för att reducerastyvheten med hjälp av designen, resultatet visade att det var möjligt medmer än en faktor 10 och mjuka böjbara matriser skapades. 
• In tissue engineering, the production of well-defined scaffolds witha porous architecture from degradable polymers is of great interest.Detailed designs have become feasible through the development ofadditive manufacturing. A small nozzle size is needed to obtain detailedscaffold structures, and careful control of the rheological properties istherefore required during production. A lower viscosity of the melt allowsfor easier printability, but a high molar mass is required to producescaffolds that can retain mechanical properties over the time needed fortissue regeneration. An additional challenge of using degradable polymerswith high molar mass in any melt-based processing is that thermaldegradation can reduce the molar mass during the production stage. Toutilise medical grade degradable polymers whilst limiting the thermaldegradation a rheological analysis of the most commonly used commercialmedical-grade degradable synthetic polymers was performed. Theirrheological behaviours aided in setting process parameters for twodifferent melt-based additive manufacturing routes. The variation inthermal degradation in the two routes was assessed, and the parameterswere adjusted to minimise it.A nondegradative additive manufacturing method was designed,and knowledge regarding printability was developed based on rheologicalanalysis and polymer characterisation methods. This knowledge wasapplied to the copolymer poly(ε-caprolactone-co-p-dioxanone) developedwithin the group to fabricate pliable scaffolds for tissue engineering withan increased rate of hydrolysis in comparison to poly(ε-caprolactone). Inaddition to the selection of the polymer and process parameters, themechanical properties were also controlled through the structural design.Poly(ε-caprolactone) was used as a model material to show how themechanical properties of scaffolds could be controlled based on the designsolely. The results showed that the stiffness could be reduced by more thana factor of 10 through tuning of the design, resulting in soft pliable scaffold structures. 

Ämnesord

Engineering and Technology  (hsv)

Chemical Engineering  (hsv)

Polymer Technologies  (hsv)

Teknik och teknologier  (hsv)

Kemiteknik  (hsv)

Polymerteknologi  (hsv)

Fiber- och polymervetenskap  (kth)

Fibre and Polymer Science  (kth)

Genre

government publication  (marcgt)