ステレオリソグラフィおよび生物医学的応用に対するアクリル化ポリ（カプロラクトン）に対する分子量と機能の影響

分解性ポリマーは、多くの生物医学ポリマー用途における積分成分です。これらの材料がその場で分解する能力は、組織工学の重要な成分となっており、足場が細胞と組織の成長を誘導しながら、天然組織の徐々に再生を促進します。この研究の目的は、反応性速度論、機械的特性、ポリマー分解、生体適合性、およびステレオリソグラフィーの適合性を決定する際のプリプレマ分子量の役割と光カルブルポリ（カプロラクトン）（PCL）の機能を理解することです。多くの生物医学的用途で使用される分解性ポリマーであるPCLは、アクリレート基で機能化して、立体分析による光重合と3次元印刷を可能にしました。異なる分子量と機能性を持つPCLプレポリマーを研究して、反応速度論、機械的特性、および分解速度における分子構造の役割を理解しました。光式PCLの機械的特性は、架橋密度に依存しており、前膜の分子量と機能性に直接関連していました。高分子重量の低機能性PCLDAプレポリマーは、低い分子の重量で高機能性PCLTAプレポリマーが、破損時のより低い株とより高い弾性率を示しましたが、休憩時により低い負担を示しました。さらに、架橋PCLの分解プロファイルは同様の傾向に続き、低い架橋密度は、より高度に架橋されたポリマーの分解時間よりも最大2.5倍短くなりました。さらに、光重合したPCLは、in vitroおよびin vivoの両方で生体適合性を示し、播種されたマウス誘発多能性幹細胞に有害な影響を引き起こしませんでした。最後に、3次元PCL構造を作成する機能は、デジタル光投影ステレオリソグラフィを使用した単純な構造の製造によって示されます。低分子重量、高機能性PCLTAプレポリマーは、ハードウェア解像度の50μmの近くに特徴サイズのオブジェクトを印刷しました。この作業は、幅広い組織再生用途向けにマイクロスケールPCL構造を製造する将来の作業の基礎となります。

Degradable polymers are integral components in many biomedical polymer applications. The ability of these materials to decompose in situ has become a critical component for tissue engineering, allowing scaffolds to guide cell and tissue growth while facilitating gradual regeneration of native tissue. The objective of this work is to understand the role of prepolymer molecular weight and functionality of photocurable poly(caprolactone) (PCL) in determining reaction kinetics, mechanical properties, polymer degradation, biocompatibility, and suitability for stereolithography. PCL, a degradable polymer used in a number of biomedical applications, was functionalized with acrylate groups to enable photopolymerization and three-dimensional printing via stereolithography. PCL prepolymers with different molecular weights and functionalities were studied to understand the role of molecular structure in reaction kinetics, mechanical properties, and degradation rates. The mechanical properties of photocured PCL were dependent on cross-link density and directly related to the molecular weight and functionality of the prepolymers. High-molecular weight, low-functionality PCLDA prepolymers exhibited a lower modulus and a higher strain at break, while low-molecular weight, high-functionality PCLTA prepolymers exhibited a lower strain at break and a higher modulus. Additionally, degradation profiles of cross-linked PCL followed a similar trend, with low cross-link density leading to degradation times up to 2.5 times shorter than those of more highly cross-linked polymers. Furthermore, photopolymerized PCL showed biocompatibility both in vitro and in vivo, causing no observed detrimental effects on seeded murine-induced pluripotent stem cells or when implanted into pig retinas. Finally, the ability to create three-dimensional PCL structures is shown by fabrication of simple structures using digital light projection stereolithography. Low-molecular weight, high-functionality PCLTA prepolymers printed objects with feature sizes near the hardware resolution limit of 50 μm. This work lays the foundation for future work in fabricating microscale PCL structures for a wide range of tissue regeneration applications.