Please wait a minute...
Frontiers of Mechanical Engineering

ISSN 2095-0233

ISSN 2095-0241(Online)

CN 11-5984/TH

Postal Subscription Code 80-975

2018 Impact Factor: 0.989

Front. Mech. Eng.    2018, Vol. 13 Issue (1) : 107-119    https://doi.org/10.1007/s11465-018-0496-8
REVIEW ARTICLE
Fabrication of scaffolds in tissue engineering: A review
Peng ZHAO1, Haibing GU1, Haoyang MI2, Chengchen RAO1, Jianzhong FU1, Lih-sheng TURNG2()
1. State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems, Hangzhou University, Zhejiang 310027, China; Key Laboratory of 3D Printing Process and Equipment of Zhejiang Province, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2. Wisconsin Institute for Discovery, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI 53715, USA
 Download: PDF(539 KB)   HTML
 Export: BibTeX | EndNote | Reference Manager | ProCite | RefWorks
Abstract

Tissue engineering (TE) is an integrated discipline that involves engineering and natural science in the development of biological materials to replace, repair, and improve the function of diseased or missing tissues. Traditional medical and surgical treatments have been reported to have side effects on patients caused by organ necrosis and tissue loss. However, engineered tissues and organs provide a new way to cure specific diseases. Scaffold fabrication is an important step in the TE process. This paper summarizes and reviews the widely used scaffold fabrication methods, including conventional methods, electrospinning, three-dimensional printing, and a combination of molding techniques. Furthermore, the differences among the properties of tissues, such as pore size and distribution, porosity, structure, and mechanical properties, are elucidated and critically reviewed. Some studies that combine two or more methods are also reviewed. Finally, this paper provides some guidance and suggestions for the future of scaffold fabrication.

Keywords tissue engineering      scaffolds      electrospinning      3D printing      molding techniques      conventional methods     
Corresponding Author(s): Lih-sheng TURNG   
Just Accepted Date: 08 November 2017   Online First Date: 26 December 2017    Issue Date: 23 January 2018
 Cite this article:   
Peng ZHAO,Haibing GU,Haoyang MI, et al. Fabrication of scaffolds in tissue engineering: A review[J]. Front. Mech. Eng., 2018, 13(1): 107-119.
 URL:  
https://academic.hep.com.cn/fme/EN/10.1007/s11465-018-0496-8
https://academic.hep.com.cn/fme/EN/Y2018/V13/I1/107
Fig.1  Schematic of the electrospinning process
Fig.2  (a) Diagram of a collector setup for an ear; (b) 3D printed stainless steel mold; (c) product during electrospinning; (d) product after the electrospinning; (e) schematic diagram of a collector setup for knee menisci
Fig.3  (a) Diagram of 3D scaffolds formation; (b) SEM image of a mesh’s surface; (c) SEM image of a mesh’s cross-section; (d) SEM image of a highly ordered architecture mesh; (e) photograph of a highly ordered architecture mesh; (f) SEM image of a shish-kebab structure; (g) SEM image of a mineralized nanofiber
Fig.4  Diagram of bioprinting process and applications
Fig.5  (a) A TE scaffold library; (b) a controllable micro- and macro-structured 3D printing (3DP) scaffold
Fig.6  (a) Top view of the collagen/heparin sulfate scaffold fabricated with a 3D bioprinter (3D-C/H); (b) main view of the collagen/heparin sulfate scaffold fabricated with a 3D bioprinter (3D-C/H); (c) SEM image shows the morphology of the porous 3D-C/H scaffold; (d) partially enlarged SEM image of (c)
Fig.7  (a) Assembly schematic of a microcellular injection molding machine; (b) SEM image of a scaffold with large pores; (c) SEM image of a scaffold with small pores
1 Khorshidi S, Solouk  A, Mirzadeh H, et al.A review of key challenges of electrospun scaffolds for tissue-engineering applications. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2015, 10(9): 715–738
https://doi.org/10.1002/term.1978
2 Guo B, Sun  Y, Finne-Wistrand A, et al.Electroactive porous tubular scaffolds with degradability and non-cytotoxicity for neural tissue regeneration. Acta Biomaterialia, 2012, 8(1): 144–153 
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2011.09.027
3 Zhang Y S, Xia  Y. Multiple facets for extracellular matrix mimicking in regenerative medicine. Nanomedicine (London), 2015, 10(5): 689–692
https://doi.org/10.2217/nnm.15.10
4 Rustad K C, Sorkin  M, Levi B, et al.Strategies for organ level tissue engineering. Organogenesis, 2010, 6(3): 151–157 
https://doi.org/10.4161/org.6.3.12139
5 Khademhosseini A, Vacanti  J P, Langer  R. Progress in tissue engineering. Scientific American, 2009, 300(5): 64–71
https://doi.org/10.1038/scientificamerican0509-64
6 Kadler K. Matrix loading: Assembly of extracellular matrix collagen fibrils during embryogenesis. Birth Defects Research. Part C, Embryo Today, 2004, 72(1): 1–11
https://doi.org/10.1002/bdrc.20002
7 Cukierman E, Pankov  R, Stevens D R, et al.Taking cell-matrix adhesions to the third dimension. Science, 2001, 294(5547): 1708–1712
https://doi.org/10.1126/science.1064829
8 Abbott A. Cell culture: Biology’s new dimension. Nature, 2003, 424(6951): 870–872
https://doi.org/10.1038/424870a
9 Lee G Y, Kenny  P A, Lee  E H, et al.Three-dimensional culture models of normal and malignant breast epithelial cells. Nature Methods, 2007, 4(4): 359–365 
https://doi.org/10.1038/nmeth1015
10 Scaffaro R, Lopresti  F, Botta L, et al.Preparation of three-layered porous PLA/PEG scaffold: Relationship between morphology, mechanical behavior and cell permeability. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2016, 54: 8–20
https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2015.08.033
11 Scaffaro R, Lopresti  F, Botta L, et al.Melt processed PCL/PEG scaffold with discrete pore size gradient for selective cellular infiltration. Macromolecular Materials and Engineering, 2016, 301(2): 182–190
https://doi.org/10.1002/mame.201500289
12 Scaffaro R, Lopresti  F, Botta L, et al.Integration of PCL and PLA in a monolithic porous scaffold for interface tissue engineering. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2016, 63: 303–313
https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.06.021
13 Lo Re G, Lopresti  F, Petrucci G, et al.A facile method to determine pore size distribution in porous scaffold by using image processing. Micron (Oxford, England), 2015, 76: 37–45 
https://doi.org/10.1016/j.micron.2015.05.001
14 Odedra D, Chiu  L, Reis L, et al.Cardiac tissue engineering. In: Burdick J A, Mauck R L, eds. Biomaterials for Tissue Engineering Applications. Vienna: Springer, 2011, 421–456 
https://doi.org/10.1007/978-3-7091-0385-2_15
15 Hollister S J. Porous scaffold design for tissue engineering. Nature Materials, 2005, 4(7): 518–524 
https://doi.org/10.1038/nmat1421
16 Scaffaro R, Lopresti  F, Maio A, et al.Development of polymeric functionally graded scaffolds: A brief review. Journal of Applied Biomaterials & Functional Materials, 2017, 15(2): e107–e121
https://doi.org/10.5301/jabfm.5000332
17 Scaffaro R, Lopresti  F, Botta L, et al.A facile and eco-friendly route to fabricate poly(lactic acid) scaffolds with graded pore size. Journal of Visualized Experiments Jove, 2016, 2016(116): e54595 
https://doi.org/10.3791/54595
18 Yousefi A M, Hoque  M E, Prasad  R G, et al.Current strategies in multiphasic scaffold design for osteochondral tissue engineering: A review. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2015, 103(7): 2460–2481
https://doi.org/10.1002/jbm.a.35356
19 Fong E L, Watson  B M, Kasper  F K, et al.Building bridges: Leveraging interdisciplinary collaborations in the development of biomaterials to meet clinical needs. Advanced Materials, 2012, 24(36): 4995–5013
https://doi.org/10.1002/adma.201201762
20 Lee K W, Wang  S, Dadsetan M, et al.Enhanced cell ingrowth and proliferation through three-dimensional nanocomposite scaffolds with controlled pore structures. Biomacromolecules, 2010, 11(3): 682–689 
https://doi.org/10.1021/bm901260y
21 Hollister S J,  Maddox R,  Taboas J M. Optimal design and fabrication of scaffolds to mimic tissue properties and satisfy biological constraints. Biomaterials, 2002, 23(20): 4095–4103 
https://doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00148-5
22 Butler D L, Goldstein  S A, Guilak  F. Functional tissue engineering: The role of biomechanics. Journal of Biomechanical Engineering, 2000, 122(6): 570–575 
https://doi.org/10.1115/1.1318906
23 Chan B, Leong  K. Scaffolding in tissue engineering: General approaches and tissue-specific considerations. European Spine Journal, 2008, 17(S4): 467–479 
https://doi.org/10.1007/s00586-008-0745-3
24 Dutta R C, Dey  M, Dutta A K, et al.Competent processing techniques for scaffolds in tissue engineering. Biotechnology Advances, 2017, 35(2): 240–250 
https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.01.001
25 Sultana N, Wang  M. Fabrication of HA/PHBV composite scaffolds through the emulsion freezing/freeze-drying process and characterisation of the scaffolds. Journal of Materials Science. Materials in Medicine, 2008, 19(7): 2555–2561
https://doi.org/10.1007/s10856-007-3214-3
26 Sachlos E, Czernuszka  J. Making tissue engineering scaffolds work. Review: The application of solid freeform fabrication technology to the production of tissue engineering scaffolds. European Cells & Materials, 2003, 5: 29–40 
https://doi.org/10.22203/eCM.v005a03
27 Scaffaro R, Sutera  F, Lopresti F. Using Taguchi method for the optimization of processing variables to prepare porous scaffolds by combined melt mixing/particulate leaching. 2017 (in press) 
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.06.025
28 Mi H Y, Jing  X, Turng L S. Fabrication of porous synthetic polymer scaffolds for tissue engineering. Journal of Cellular Plastics, 2015, 51(2): 165–196 
https://doi.org/10.1177/0021955X14531002
29 Holzwarth J M,  Ma P X. Biomimetic nanofibrous scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials, 2011, 32(36): 9622–9629 
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.09.009
30 Lee K Y, Mooney  D J. Hydrogels for tissue engineering. Chemical Reviews, 2001, 101(7): 1869–1880 
https://doi.org/10.1021/cr000108x
31 Fallahiarezoudar E,  Ahmadipourroudposht M,  Idris A, et al.A review of: Application of synthetic scaffold in tissue engineering heart valves. Materials Science and Engineering C, 2015, 48: 556–565 
https://doi.org/10.1016/j.msec.2014.12.016
32 Mikos A G, Thorsen  A J, Czerwonka  L A, et al.Preparation and characterization of poly(L-lactic acid) foams. Polymer, 1994, 35(5): 1068–1077 
https://doi.org/10.1016/0032-3861(94)90953-9
33 Lanza R P, Langer  R, Chick W L, et al.Principles of tissue engineering. Nature, 1997, 389(6650): 453 
https://doi.org/10.1038/38940
34 Nam Y S, Park  T G. Porous biodegradable polymeric scaffolds prepared by thermally induced phase separation. Journal of Biomedical Materials Research, 1999, 47(1): 8–17 
https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-4636(199910)47:1<8::AID-JBM2>3.0.CO;2-L
35 Nam Y S, Park  T G. Biodegradable polymeric microcellular foams by modified thermally induced phase separation method. Biomaterials, 1999, 20(19): 1783–1790
https://doi.org/10.1016/S0142-9612(99)00073-3
36 Aram E, Mehdipour-Ataei  S. A review on the micro-and nanoporous polymeric foams: Preparation and properties. International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, 2016, 65(7): 358–375 
https://doi.org/10.1080/00914037.2015.1129948
37 Mosadegh-Sedghi S, Rodrigue  D, Brisson J, et al.Highly hydrophobic microporous low-density polyethylene hollow fiber membranes by melt‐extrusion coupled with salt-leaching technique. Polymers for Advanced Technologies, 2013, 24(6): 584–592 
https://doi.org/10.1002/pat.3122
38 Reignier J, Huneault  M A. Preparation of interconnected poly(-caprolactone) porous scaffolds by a combination of polymer and salt particulate leaching. Polymer, 2006, 47(13): 4703–4717
https://doi.org/10.1016/j.polymer.2006.04.029
39 Biswas D, Tran  P, Tallon C, et al.Combining mechanical foaming and thermally induced phase separation to generate chitosan scaffolds for soft tissue engineering. Journal of Biomaterials Science. Polymer Edition, 2017, 28(2): 207–226
https://doi.org/10.1080/09205063.2016.1262164
40 Mi H Y, Jing  X, McNulty J, et al.Approaches to fabricating multiple-layered vascular scaffolds using hybrid electrospinning and thermally induced phase separation methods. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2016, 55(4): 882–892
https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5b03462
41 Li D, Xia  Y N. Electrospinning of nanofibers: Reinventing the wheel? Advanced Materials, 2004, 16(14): 1151–1170 
https://doi.org/10.1002/adma.200400719
42 Gañán -Calvo A M,  Davila J,  Barrero A. Current and droplet size in the electrospraying of liquids. Scaling laws. Journal of Aerosol Science, 1997, 28(2): 249–275 
https://doi.org/10.1016/S0021-8502(96)00433-8
43 Seidlits S K, Lee  J Y, Schmidt  C E. Nanostructured scaffolds for neural applications. Nanomedicine (London), 2008, 3(2): 183–199 
https://doi.org/10.2217/17435889.3.2.183
44 Zhang R, Ma  P X. Synthetic nano-fibrillar extracellular matrices with predesigned macroporous architectures. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2000, 52(2): 430–438 
https://doi.org/10.1002/1097-4636(200011)52:2<430::AID-JBM25>3.0.CO;2-L
45 Doshi J, Reneker  D H. Electrospinning process and applications of electrospun fibers. Journal of Electrostatics, 1995, 35(2–3): 151–160
https://doi.org/10.1016/0304-3886(95)00041-8
46 Lee H, Yeo  M, Ahn S, et al.Designed hybrid scaffolds consisting of polycaprolactone microstrands and electrospun collagen-nanofibers for bone tissue regeneration. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials, 2011, 97B(2): 263–270
https://doi.org/10.1002/jbm.b.31809
47 Lee S J, Oh  S H, Liu  J, et al.The use of thermal treatments to enhance the mechanical properties of electrospun poly(ϵ-caprolactone) scaffolds. Biomaterials, 2008, 29(10): 1422–1430 
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.11.024
48 Ramakrishna S, Fujihara  K, Teo W E, et al.An Introduction to Electrospinning and Nanofibers. Singapore: World Scientific, 2005
49 Jenness N J, Wu  Y, Clark R L. Fabrication of three-dimensional electrospun microstructures using phase modulated femtosecond laser pulses. Materials Letters, 2012, 66(1): 360–363 
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2011.09.015
50 McClure M J, Wolfe  P S, Simpson  D G, et al.The use of air-flow impedance to control fiber deposition patterns during electrospinning. Biomaterials, 2012, 33(3): 771–779 
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2011.10.011
51 Yan G D, Yu  J, Qiu Y J, et al.Self-assembly of electrospun polymer nanofibers: A general phenomenon generating honeycomb-patterned nanofibrous structures. Langmuir, 2011, 27(8): 4285–4289 
https://doi.org/10.1021/la1047936
52 Badrossamay M R,  McIlwee H A,  Goss J A, et al.Nanofiber assembly by rotary jet-spinning. Nano Letters, 2010, 10(6): 2257–2261 
https://doi.org/10.1021/nl101355x
53 Blakeney B A, Tambralli  A, Anderson J M, et al.Cell infiltration and growth in a low density, uncompressed three-dimensional electrospun nanofibrous scaffold. Biomaterials, 2011, 32(6): 1583–1590
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2010.10.056
54 Hong S, Kim  G. Fabrication of size-controlled three-dimensional structures consisting of electrohydrodynamically produced polycaprolactone micro/nanofibers. Applied Physics A, 2011, 103: 1009–1014 
https://doi.org/10.1007/s00339-011-6381-5
55 Subramanian A, Krishnan  U M, Sethuraman  S. Fabrication of uniaxially aligned 3D electrospun scaffolds for neural regeneration. Biomedical Materials (Bristol, England), 2011, 6(2): 025004 
https://doi.org/10.1088/1748-6041/6/2/025004
56 Uttayarat P, Perets  A, Li M Y, et al.Micropatterning of three-dimensional electrospun polyurethane vascular grafts. Acta Biomaterialia, 2010, 6(11): 4229–4237 
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2010.06.008
57 Wang S D, Zhang  Y Z, Wang  H W, et al.Fabrication and properties of the electrospun polylactide/silk fibroin-gelatin composite tubular scaffold. Biomacromolecules, 2009, 10(8): 2240–2244 
https://doi.org/10.1021/bm900416b
58 Wu H J, Fan  J T, Chu  C C, et al.Electrospinning of small diameter 3-D nanofibrous tubular scaffolds with controllable nanofiber orientations for vascular grafts. Journal of Materials Science. Materials in Medicine, 2010, 21(12): 3207–3215 
https://doi.org/10.1007/s10856-010-4164-8
59 Zhou J, Cao  C B, Ma  X L. A novel three-dimensional tubular scaffold prepared from silk fibroin by electrospinning. International Journal of Biological Macromolecules, 2009, 45(5): 504–510 
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2009.09.006
60 Akturk O, Kismet  K, Yasti A C, et al.Wet electrospun silk fibroin/gold nanoparticle 3D matrices for wound healing applications. RSC Advances, 2016, 6(16): 13234–13250 
https://doi.org/10.1039/C5RA24225H
61 Heo J, Nam  H, Hwang D, et al.Enhanced cellular distribution and infiltration in a wet electrospun three-dimensional fibrous scaffold using eccentric rotation-based hydrodynamic conditions. Sensors and Actuators. B, Chemical, 2016, 226: 357–363 
https://doi.org/10.1016/j.snb.2015.11.030
62 Kasuga T, Obata  A, Maeda H, et al.Siloxane-poly(lactic acid)-vaterite composites with 3D cotton-like structure. Journal of Materials Science. Materials in Medicine, 2012, 23(10): 2349–2357
https://doi.org/10.1007/s10856-012-4607-5
63 Yokoyama Y, Hattori  S, Yoshikawa C, et al.Novel wet electrospinning system for fabrication of spongiform nanofiber 3-dimensional fabric. Materials Letters, 2009, 63(9–10): 754–756 
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2008.12.042
64 Cai Y Z, Zhang  G R, Wang  L L, et al.Novel biodegradable three-dimensional macroporous scaffold using aligned electrospun nanofibrous yarns for bone tissue engineering. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2012, 100A(5): 1187–1194
https://doi.org/10.1002/jbm.a.34063
65 Lee B L P,  Jeon H, Wang  A, et al.Femtosecond laser ablation enhances cell infiltration into three-dimensional electrospun scaffolds. Acta Biomaterialia, 2012, 8(7): 2648–2658
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2012.04.023
66 Shim I K, Jung  M R, Kim  K H, et al.Novel three-dimensional scaffolds of poly((L)-lactic acid) microfibers using electrospinning and mechanical expansion: fabrication and bone regeneration. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials, 2010, 95B(1): 150–160
https://doi.org/10.1002/jbm.b.31695
67 Walser J, Stok  K S, Caversaccio  M D, et al.Direct electrospinning of 3D auricle-shaped scaffolds for tissue engineering applications. Biofabrication, 2016, 8(2): 025007 
https://doi.org/10.1088/1758-5090/8/2/025007
68 Chen Z, Song  Y, Zhang J, et al.Laminated electrospun nHA/PHB-composite scaffolds mimicking bone extracellular matrix for bone tissue engineering. Materials Science and Engineering C, 2017, 72: 341–351 
https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.11.070
69 Joshi M K, Tiwari  A P, Pant  H R, et al.In situ generation of cellulose nanocrystals in polycaprolactone nanofibers: Effects on crystallinity, mechanical strength, biocompatibility, and biomimetic mineralization. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(35): 19672–19683 
https://doi.org/10.1021/acsami.5b04682
70 Scaffaro R, Maio  A, Lopresti F, et al.Nanocarbons in electrospun polymeric nanomats for tissue engineering: A review. Polymers, 2017, 9(2): 76 
https://doi.org/10.3390/polym9020076
71 Ghorbani F M, Kaffashi  B, Shokrollahi P, et al.PCL/chitosan/Zn-doped nHA electrospun nanocomposite scaffold promotes adipose derived stem cells adhesion and proliferation. Carbohydrate Polymers, 2015, 118: 133–142 
https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.10.071
72 Scaffaro R, Lopresti  F, Maio A, et al.Electrospun PCL/GO-g-PEG structures: Processing-morphology-properties relationships. Composites. Part A, Applied Science and Manufacturing, 2017, 92: 97–107
https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2016.11.005
73 Shao W, He  J, Sang F, et al.Enhanced bone formation in electrospun poly(l-lactic-co-glycolic acid)-tussah silk fibroin ultrafine nanofiber scaffolds incorporated with graphene oxide. Materials Science and Engineering C, 2016, 62: 823–834 
https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.01.078
74 Roy R, Kohles  S S, Zaporojan  V, et al.Analysis of bending behavior of native and engineered auricular and costal cartilage. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2004, 68A(4): 597–602 
https://doi.org/10.1002/jbm.a.10068
75 Hejazi F, Mirzadeh  H, Contessi N, et al.Novel class of collector in electrospinning device for the fabrication of 3D nanofibrous structure for large defect load-bearing tissue engineering application. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2017, 105(5): 1535–1548 
https://doi.org/10.1002/jbm.a.35822
76 Stocco T, Rodrigues  B, Marciano F, et al.Design of a novel electrospinning setup for the fabrication of biomimetic scaffolds for meniscus tissue engineering applications. Materials Letters, 2017, 196: 221–224 
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2017.03.055
77 Hejazi F, Mirzadeh  H. Novel 3D scaffold with enhanced physical and cell response properties for bone tissue regeneration, fabricated by patterned electrospinning/electrospraying. Journal of Materials Science. Materials in Medicine, 2016, 27(9): 143 
https://doi.org/10.1007/s10856-016-5748-8
78 Joshi M K, Pant  H R, Tiwari  A P, et al.Multi-layered macroporous three-dimensional nanofibrous scaffold via a novel gas foaming technique. Chemical Engineering Journal, 2015, 275: 79–88 
https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.03.121
79 Jiang J, Carlson  M A, Teusink  M J, et al.Expanding two-dimensional electrospun nanofiber membranes in the third dimension by a modified gas-foaming technique. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2015, 1(10): 991–1001 
https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.5b00238
80 Ng R, Zang  R, Yang K K, et al.Three-dimensional fibrous scaffolds with microstructures and nanotextures for tissue engineering. RSC Advances, 2012, 2(27): 10110–10124 
https://doi.org/10.1039/c2ra21085a
81 Wang X, Salick  M R, Wang  X, et al.Poly(-caprolactone) nanofibers with a self-induced nanohybrid shish-kebab structure mimicking collagen fibrils. Biomacromolecules, 2013, 14(10): 3557–3569
https://doi.org/10.1021/bm400928b
82 Jing X, Mi  H Y, Wang  X C, et al.Shish-kebab-structured poly(-caprolactone) nanofibers hierarchically decorated with chitosan-poly(-caprolactone) copolymers for bone tissue engineering. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(12): 6955–6965 
https://doi.org/10.1021/acsami.5b00900
83 Levy G N, Schindel  R, Kruth J P. Rapid manufacturing and rapid tooling with layer manufacturing (LM) technologies, state of the art and future perspectives. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2003, 52(2): 589–609 
https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60206-6
84 Hull C W. US Patent, US4575330 A,  1986-08-08
85 Zhao S C, Zhu  M, Zhang J H, et al.Three dimensionally printed mesoporous bioactive glass and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) composite scaffolds for bone regeneration. Journal of Materials Chemistry. B, Materials for Biology and Medicine, 2014, 2(36): 6106–6118
https://doi.org/10.1039/C4TB00838C
86 Gbureck U, Hölzel  T, Klammert U, et al.Resorbable dicalcium phosphate bone substitutes prepared by 3D powder printing. Advanced Functional Materials, 2007, 17(18): 3940–3945 
https://doi.org/10.1002/adfm.200700019
87 Klammert U, Vorndran  E, Reuther T, et al.Low temperature fabrication of magnesium phosphate cement scaffolds by 3D powder printing. Journal of Materials Science. Materials in Medicine, 2010, 21(11): 2947–2953 
https://doi.org/10.1007/s10856-010-4148-8
88 Wang J L, Yang  M Y, Zhu  Y, et al.Phage nanofibers induce vascularized osteogenesis in 3D printed bone scaffolds. Advanced Materials, 2014, 26(29): 4961–4966 
https://doi.org/10.1002/adma.201400154
89 Zein I, Hutmacher  D W, Tan  K C, et al.Fused deposition modeling of novel scaffold architectures for tissue engineering applications. Biomaterials, 2002, 23(4): 1169–1185 
https://doi.org/10.1016/S0142-9612(01)00232-0
90 Guo T, Lembong  J, Zhang L G, et al.Three-dimensional printing articular cartilage: Recapitulating the complexity of native tissue. Tissue Engineering. Part B, Reviews, 2017, 23(3): 225–236 
https://doi.org/10.1089/ten.TEB.2016.0316
91 Mota C, Wang  S Y, Puppi  D, et al.Additive manufacturing of poly[(R)-3-hydroxybutyrate-co-(R)-3-hydroxyhexanoate] scaffolds for engineered bone development. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2017, 11(1): 175–186 
https://doi.org/10.1002/term.1897
92 Sears N A, Seshadri  D R, Dhavalikar  P S, et al.A review of three-dimensional printing in tissue engineering. Tissue Engineering. Part B, Reviews, 2016, 22(4): 298–310 
https://doi.org/10.1089/ten.teb.2015.0464
93 Ma X, Qu  X, Zhu W, et al.Deterministically patterned biomimetic human iPSC-derived hepatic model via rapid 3D bioprinting. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2016, 113(8): 2206–2211 
https://doi.org/10.1073/pnas.1524510113
94 Fong  E L S,  Lamhamedi-Cherradi S E,  Burdett E, et al.Modeling Ewing sarcoma tumors in vitro with 3D scaffolds. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2013, 110(16): 6500–6505 
https://doi.org/10.1073/pnas.1221403110
95 Brama P A J,  Holopainen J,  van Weeren P R, et al. Effect of loading on the organization of the collagen fibril network in juvenile equine articular cartilage. Journal of Orthopaedic Research, 2009, 27(9): 1226–1234
https://doi.org/10.1002/jor.20866
96 Mandrycky C, Wang  Z, Kim K, et al.3D bioprinting for engineering complex tissues. Biotechnology Advances, 2016, 34(4): 422–434 
https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2015.12.011
97 Mohammed M I, Badwal  P S, Gibson  I. Design and fabrication considerations for three dimensional scaffold structures. KnE Engineering, 2017, 2(2): 120–126 
https://doi.org/10.18502/keg.v2i2.604
98 Habib F N, Nikzad  M, Masood S H, et al.Design and development of scaffolds for tissue engineering using three-dimensional printing for bio-based applications. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2016, 3: 119–127
99 Mohanty S, Sanger  K, Heiskanen A, et al.Fabrication of scalable tissue engineering scaffolds with dual-pore microarchitecture by combining 3D printing and particle leaching. Materials Science and Engineering C, 2016, 61: 180–189 
https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.12.032
100 Reed S, Lau  G, Delattre B, et al.Macro- and micro-designed chitosan-alginate scaffold architecture by three-dimensional printing and directional freezing. Biofabrication, 2016, 8(1): 015003 
https://doi.org/10.1088/1758-5090/8/1/015003
101 Seleznev V, Prinz  V Y. Hybrid 3D-2D printing for bone scaffolds fabrication. Nanotechnology, 2017, 28(6): 064004
https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa536f
102 Mancuso E, Alharbi  N, Bretcanu O A, et al.Three-dimensional printing of porous load-bearing bioceramic scaffolds. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part H, Journal of Engineering in Medicine, 2017, 231(6): 575–585 
https://doi.org/10.1177/0954411916682984
103 Yang G H, Mun  F, Kim G. Direct electrospinning writing for producing 3D hybrid constructs consisting of microfibers and macro-struts for tissue engineering. Chemical Engineering Journal, 2016, 288: 648–658
https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.047
104 Chen C, Zhao  M, Zhang R, et al.Collagen/heparin sulfate scaffolds fabricated by a 3D bioprinter improved mechanical properties and neurological function after spinal cord injury in rats. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2017, 105(5): 1324–1332 
https://doi.org/10.1002/jbm.a.36011
105 Zhang H F, Mao  X Y, Du  Z J, et al.Three dimensional printed macroporous polylactic acid/hydroxyapatite composite scaffolds for promoting bone formation in a critical-size rat calvarial defect model. Science and Technology of Advanced Materials, 2016, 17(1): 136–148 
https://doi.org/10.1080/14686996.2016.1145532
106 Yang C, Wang  X, Ma B, et al.3D-printed bioactive Ca3SiO5 bone cement scaffolds with nano surface structure for bone regeneration. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9(7): 5757–5767
https://doi.org/10.1021/acsami.6b14297
107 Zhang J H, Zhao  S C, Zhu  Y F, et al.Three-dimensional printing of strontium-containing mesoporous bioactive glass scaffolds for bone regeneration. Acta Biomaterialia, 2014, 10(5): 2269–2281 
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2014.01.001
108 Jakus A E, Secor  E B, Rutz  A L, et al.Three-dimensional printing of high-content graphene scaffolds for electronic and biomedical applications. ACS Nano, 2015, 9(4): 4636–4648
https://doi.org/10.1021/acsnano.5b01179
109 Shao H, Yang  X, He Y, et al.Bioactive glass-reinforced bioceramic ink writing scaffolds: Sintering, microstructure and mechanical behavior. Biofabrication, 2015, 7(3): 035010 
https://doi.org/10.1088/1758-5090/7/3/035010
110 Murphy S V, Atala  A. 3D bioprinting of tissues and organs. Nature Biotechnology, 2014, 32(8): 773–785 
https://doi.org/10.1038/nbt.2958
111 Wüst S, Müller  R, Hofmann S. Controlled positioning of cells in biomaterials—Approaches towards 3D tissue printing. Journal of Functional Biomaterials, 2011, 2(4): 119–154
https://doi.org/10.3390/jfb2030119
112 Zhao P, Wang  S, Ying J, et al.Non-destructive measurement of cavity pressure during injection molding process based on ultrasonic technology and Gaussian process. Polymer Testing, 2013, 32(8): 1436–1444
https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2013.09.006
113 Agrawal C M, Ray  R B. Biodegradable polymeric scaffolds for musculoskeletal tissue engineering. Journal of Biomedical Materials Research, 2001, 55(2): 141–150
https://doi.org/10.1002/1097-4636(200105)55:2<141::AID-JBM1000>3.0.CO;2-J
114 Gomes M E, Ribeiro  A S, Malafaya  P B, et al.A new approach based on injection moulding to produce biodegradable starch-based polymeric scaffolds: Morphology, mechanical and degradation behaviour. Biomaterials, 2001, 22(9): 883–889 
https://doi.org/:10.1016/S0142-9612(00)00211-8
115 Limongi T, Lizzul  L, Giugni A, et al.Laboratory injection molder for the fabrication of polymeric porous poly-epsilon-caprolactone scaffolds for preliminary mesenchymal stem cells tissue engineering applications. Microelectronic Engineering, 2017, 175: 12–16
https://doi.org/10.1016/j.mee.2016.12.014
116 Kramschuster A, Turng  L S. An injection molding process for manufacturing highly porous and interconnected biodegradable polymer matrices for use as tissue engineering scaffolds. Journal of Biomedical Materials Research. Part B, Applied Biomaterials, 2010, 92B: 366–376
117 Yin G Z, Zhang  L W, Li  Q F. A convenient method to fabricate porous cross-linked PCL membrane by using dual pore-forming agents. Materials Letters, 2016, 181: 208–211 
https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.05.167
118 Yin H M, Qian  J, Zhang J, et al.Engineering porous poly(lactic acid) scaffolds with high mechanical performance via a solid state extrusion/porogen leaching approach. Polymers, 2016, 8(6): 213
https://doi.org/10.3390/polym8060213
119 Peng X F, Mi  H Y, Jing  X, et al.Preparation of highly porous interconnected poly(lactic acid) scaffolds based on a novel dynamic elongational flow procedure. Materials & Design, 2016, 101: 285–293 
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.03.156
120 Wang X, Salick  M R, Gao  Y, et al.Interconnected porous poly(ϵ-caprolactone) tissue engineering scaffolds fabricated by microcellular injection molding. Journal of Cellular Plastics, 2016, 1–11 (in press) 
https://doi.org/10.1177/0021955X16681470
121 Mahdieh Z, Bagheri  R, Eslami M, et al.Thermoplastic starch/ethylene vinyl alcohol/forsterite nanocomposite as a candidate material for bone tissue engineering. Materials Science and Engineering C, 2016, 69: 301–310
https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.06.043
122 Kuang T R, Chen  F, Chang L Q, et al.Facile preparation of open-cellular porous poly(L-lactic acid) scaffold by supercritical carbon dioxide foaming for potential tissue engineering applications. Chemical Engineering Journal, 2017, 307: 1017–1025 
https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.09.023
123 Moghadam M Z, Hassanajili  S, Esmaeilzadeh F, et al.Formation of porous HPCL/LPCL/HA scaffolds with supercritical CO2 gas foaming method. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2017, 69: 115–127
https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.12.014
124 Fanovich M, Ivanovic  J, Zizovic I, et al.Functionalization of polycaprolactone/hydroxyapatite scaffolds with Usnea lethariiformis extract by using supercritical CO2. Materials Science and Engineering C, 2016, 58: 204–212 
https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.08.024
125 Zhang J, Liu  H, Ding J X, et al.High-pressure compression-molded porous resorbable polymer/hydroxyapatite composite scaffold for cranial bone regeneration. ACS Biomaterials Science & Engineering, 2016, 2(9): 1471–1482
https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.6b00202
126 Scaffaro R, Lopresti  F, Botta L, et al.Mechanical behavior of polylactic acid/polycaprolactone porous layered functional composites. Composites. Part B, Engineering, 2016, 98: 70–77
https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2016.05.023
[1] Zhongde SHAN, Zhi GUO, Dong DU, Feng LIU, Wenjiang LI. Digital high-efficiency print forming method and device for multi-material casting molds[J]. Front. Mech. Eng., 2020, 15(2): 328-337.
[2] Javaid BUTT, Dominic Adaoiza ONIMOWO, Mohammed GOHRABIAN, Tinku SHARMA, Hassan SHIRVANI. A desktop 3D printer with dual extruders to produce customised electronic circuitry[J]. Front. Mech. Eng., 2018, 13(4): 528-534.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed