첨가 가공 기술을 이용한 3D 바이오 세라믹 인공지지체의 공정 개발

사민우; 김종영

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자료유형: 학술대회자료

저자정보: 사민우 (안동대학교) 김종영 (안동대학교)

저널정보: 대한기계학회 대한기계학회 춘추학술대회 대한기계학회 2017년도 학술대회

발행연도: 2017.11

수록면: 3,013 - 3,017 (5page)

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A three-dimensional (3D) scaffold is a key component of tissue engineering, playing active important role in cell attachment, proliferation and differentiation, and providing appropriate mechanical property in both in-vitro and in-vivo environment. Among calcium phosphate ceramics, β-tricalcium phosphate (β-TCP) and hydroxyapatite (HA) is widely used as a scaffold material for bone tissue engineering owing to its excellent osteoconductivity and biocompatibility. The β-TCP material is chemically stable and has a fairly fast bioresorption rate. The HA material has significant chemical and physical resemblance to the mineral constitutes of human bones and teeth. Another bio-material that was used for scaffolding is biphasic calcium phosphate (BCP). The BCP ceramics consisted of TCP and HA have been extensively developed in recent years. Additive manufacturing (AM) is a manufacturing technique capable of generating layer-by-layer structures required for tissue engineering scaffolds. Therefore, the aim of this study was to design and fabricate the 3D bio-ceramic scaffolds using AM technology. The fabrication process of 3D bio-ceramic scaffolds is divided as two types of AM technologies; 1) self-developed robocasting method and 2) Extrusion molding method using a 3D printer based on fused deposition modeling (FDM). In robocasting method, the blended ceramic slurry was prepared by blending dispersant, viscosity, and cohesive agents. In this study, we fabricated the green body scaffolds using polymer deposition system (PDS) developed in our Laboratory. Z-1 axis of this system is slurry extrusion and Z-2 axis is an air heater. In extrusion molding method, the blended ceramic slurry was inserted from the developed handy force gauge-syringe extrusion (HFGSE) device using Polylactic acid (PLA) molds fabricated by a FDM 3D printer. After sintering of the green body scaffolds, the sintered scaffolds were observed and analyzed using a scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectrometry (SEM-EDS). Phase compositions of the samples, in form of powders, were determined by X-ray diffraction spectroscopy (XRD) patterns. The effect of the sintered scaffolds on the microstructure, porosity, shrinkage and phase content was studied and calculated. We have described methods for fabricating bio-ceramic scaffolds with defined and reproducible 3D structures via AM technologies. As a result, it could be seen that these 3D bio-ceramic scaffolds kept a perfect structure without any crack or collapse on struts during the sintering and the subsequent cooling process. Moreover, the results also show that not only high accuracy but also robocasting and molding methods play important roles in the fabrication of bio-ceramic scaffold. Thus, these bio-ceramic scaffolds using AM technologies will be potential candidates for bone substitutes applied in bone tissue engineering.

#Bone tissue engineering (골 조직 공학) #Additive manufacturing (첨가가공) #3D bio-ceramic scaffold (3차원 바이오 세라믹 인공지지체)

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