Resultados

Las microesferas de parafina apretadas pueden ser utilizados como plantilla porosa porque la cera de parafina es sensible a la temperatura y las microesferas forman unión de superficies firmes a una condición de bajo calor. Así, los scaffolds 45S5 BG con tamaños de poro de 120 a 150 micras, 280-350 micras, o de 450-500 micras podrían ser obtenidos por fundicion directa y tratamiento de sinterización (Fig. 1a). Macroscópicamente, las construcciones porosas podrían reproducirse utilizando el conjunto de microesferas con tamaños de poro similar a las microesferas (Fig. 1b). La cavidad esférica se conecta a las adyacentes a través de pequeños orificios de conexión con decenas de micras, que es suficiente para la siembra de células y la migración (Fig. 1C). Microscópicamente, las partículas BG fueron sinterizados y pequeños poros de varias micras se generaron en la pared de macroporos (Fig. 1d). Con un tratamiento de montaje LbL en vacío (Fig. 1e), el alginato de iones opuestos y quitosano se infiltraron en los scaffolds porosos (Fig. 1f), de modo que las interacciones electrostáticas de enclavamiento reforzarían significativamente el puntal de poro. Con el aumento de diámetro de las microesferas, la porosidad de las construcciones de BG disminuyó ligeramente, desde un valor de 85,47% para los de 120-150 micras de diámetro a 84,35% y 84,01% para el 280 hasta 350 micras de diámetro y de 450-500, respectivamente (Fig. 1g ). Esto es una indicación de que la plantilla de microesfera grande close-packed produce menor porosidad. Además, ha habido una disminución suave de la porosidad con el aumento de los ciclos de montaje. Esta ligera reducción en la porosidad (~ 1,8% en total) para tres ciclos de modificación de los poros de la pared es la reflexión de que los biopolímeros se recubren sustancialmente en las construcciones porosas.

El efecto del conjunto de biopolímero sobre las propiedades mecánicas de los andamios de BG se muestra en la Fig. 2. La pendiente de la región lineal de la curva de tensión-deformación dio el módulo de compresión. El módulo y resistencia a la compresión tanto aumentaron significativamente como el ciclo de montaje aumentó. Por ejemplo, la resistencia a compresión aumentó de la inicial ~ 0,93 MPa a 2,87 MPa y 3,92 para dos o tres ciclos de ensamblaje de alginato de quitosán. En todos los casos, excepto para los andamios inorgánicos puros, el módulo de compresión de los andamios compuestos puede alcanzar más de 80 MPa.

Una serie de curvas tensión-deformación de andamios BG antes y después de montaje LbL se obtuvo a partir de ensayos de compresión. Como se muestra en la Fig. 3, las construcciones porosas sin y con recubrimiento por parejas de alginato-quitosano mostraron respuesta elástica similares, en el que el estrés aumenta aproximadamente de forma lineal con la deformación. Aunque la curva de tensión-deformación del scaffold BG se mantuvo estable seguida por la deformación lineal, la superficie superior del andamio se había roto en pedazos pequeños (Fig. 3A, inserción), lo que implica la naturaleza fragil de las construcciones de BG. No ocurrió terrazas de rendimiento en las curvas tensión-deformación de las muestras después de un ciclo de montaje, lo que correspondía al límite elástico al final de la deformación elástica (Fig. 3b). Además, el daño microestructura en

los andamios se originó desde el borde de la superficie superior (Fig. 3b, recuadro). Con el montaje de dos o tres capas de pareja de alginato de quitosano, los andamios mostraron una respuesta 'elástico-plástico', con una deformación para la falla de> 30%, así como un modo de fallo gradual (Fig. 3C y D). Los grandes picos y valles en las curvas se debió principalmente a la aparición de microgrietas progresivo en los andamios. Cabe señalar que, bajo la presión dinámica destructiva de trituración, el daño microestructura vino desde el interior de construcciones porosas, seguido por la falla en el que las muestras se fracturaron en dos piezas, típicos de los sólidos densos. Los planos de fractura eran casi vertical a lo largo de la dirección del esfuerzo y el área del espejo y líneas hackle se encontraron en las superficies laterales fracturadas (Fig. 3c yd, inserción).

Marcas Hackle: marcas Hackle son una indicación definitiva sobre la dirección de ruptura. Por lo general dos tipos de marcas hackle se pueden ver, que son (1) hackle giro, que aparece en la región, donde el esfuerzo de tracción es inclinado (torcida) de la superficie de ruptura, y (2) hackle niebla aparecieron alrededor del origen.

Región de espejo: Alrededor del origen, especialmente cuando la fuerza tensil fue alta, se puede observar esta región de espejo. La fuerza tensil aplicada puede ser calculada desde el radio de la región de espejo.

Fig. 4a muestra que los puntos fuertes de pico para los andamios antes y después de la inmersión en SBF. La resistencia a la compresión disminuye después de la inmersión en SBF. Una característica interesante de la respuesta de tensión-deformación es la tolerancia de alta deformación de las construcciones porosas (Fig. 4B). A diferencia de BG porosa común que muestran comportamiento frágil con una falla a baja deformación (típicamente <3%) [6], las curvas de esfuerzo-deformación para los andamios empapadas mostró tres regiones distintas: un régimen elástico lineal, una región de la meseta estrés que representa una región de mayor carga sostenible, y una región de fracaso. Aunque el pico de la fuerza reducido en ~ 40%, el módulo de compresión para el muestras sumergidas fue similar a la de las muestras antes de la inmersión, y la curva también tenía gran región meseta, en un rango de deformación ~ 20%. Los pequeños valles en las curvas presumiblemente el resultado de la deflexión de grietas durante la delaminación de los andamios.

Las imágenes ópticas de las muestras después de la finalización de la resistencia a la compresión se insertaron en la Fig. 4b. Las construcciones medias rotas mostraron grietas casi igualmente espaciadas, paralela a la longitud de los especímenes de los cilindros. Su superficie superior fue muy ampliada, a diferencia del relativo chichón observado desde los materiales BG puros frágiles en Fig. 3a. Esto se atribuye principalmente a las capas de revestimiento de biopolímero contraiónicos en las construcciones porosas que conservan el puntal (soporte) BG para romper y contraer a través de interacciones electrostáticas entre la pared BG y biopolímeros. Fig. 4c-h mostró la morfología de la interfaz entre los polímeros y los andamios de BG. Se puede observar a partir de la pared de corte puntales que los recubrimientos de biopolímeros fueron varios cientos de nanómetros de espesor, y la interfaz mostraron una unión densa antes (Fig. 4c, d) y después (Fig. 4e, f) de la

inmersión en SBF. En cuanto a la muestra dañada después de la prueba de compresión, se produjo la escisión entre el revestimiento biopolímero y el puntal BG (Fig. 4g, h). Wu et al. investigaron que las propiedades de estado "húmedo" mecánicas de los andamios porosos de la poli hidrófobo (D, L-ácido láctico) (PDLLA) disminuyeron significativamente en solución tamponada salina de fosfato (PBS) [11].

Sin embargo, Wu et al. reportaron que el andamio de CaSiO3 PDLLA-modificado mostró una mejora significativa en la resistencia a la compresión en aire y en PBS [12]. En otro desarrollo para mejorar las propiedades mecánicas, andamios BG se han recubierto con diferentes tipos de polímeros con diferentes propiedades mecánicas en el comportamiento de fractura de los materiales compuestos [8]. Sin embargo, la homogeneidad de la capa de polímero solo no se controla fácilmente y sobre todo, la capa de polímero hidrofílico es inestable en medio acuoso. En el presente estudio, la resistencia a la compresión y el módulo se han mejorado considerablemente con el aumento de los ciclos de montaje LbL. Es razonable postular que el enfoque de montaje LbL puede mejorar significativamente la estabilidad de los revestimientos de biopolímero contraiónicos y contribuir aún más a la mejora de las propiedades mecánicas. Por un lado, la capa de revestimiento puede ser considerado como una "bolsa" para consolidar la pared puntal frágil y para retardar la fractura del andamio BG. Por otro lado, la interacción electrostática entre los aniones de alginato y los iones de calcio pueden inducir un mecanismo de puente de grieta de modo que los puntales no lo hacen fracturar hasta que las capas de revestimiento del biopolímero se separan de la pared puntal. Por lo tanto, los andamios BG-45S5 con múltiples ciclos de montaje de biopolímero contraiónico presentan el comportamiento de fractura de plástico, y la resistencia mecánica máxima se atribuye a la fuerza interfaz de unión entre la pared puntal inorgánico y capa de revestimiento biopolímero en las construcciones porosas.

Conclusiones

Las construcciones porosas de BG reforzado con biopolímeros contraiónicos se fabricaron a través de la replicación de la plantilla de microesferas y técnicas de montaje LbL. El andamios basado en BG exhibió mejora a la resistencia a la compresión y el módulo en estado húmedo, por aumento de los ciclos de ensamblaje de capas de biopolímero. La excelente respuesta de plástico elástico y tolerancia a la deformación hacen que estos materiales porosos híbridos inorgánico-orgánico candidatos potenciales para la reparación ósea y la ingeniería de tejidos.