Enhancing the mechanical and in vitro performance of robocast bioglass scaffolds by polymeric coatings: Effect of polymer composition

Abstract

The effect of different polymeric coatings, including natural and synthetic compositions, on the mechanical performance of 45S5 bioglass robocast scaffolds is systematically analyzed in this work. Fully amorphous 45S5 bioglass robocast scaffolds sintered at 550 °C were impregnated with natural (gelatin, alginate, and chitosan) and synthetic (polycaprolactone, PCL and poly-lactic acid, PLA) polymers through a dip-coating process. Mechanical enhancement provided by these coatings in terms of both compressive strength and strain energy density was evaluated. Natural polymers, in general, and chitosan, in particular, were found to produce the greater reinforcement. The effect of these coatings on the in vitro bioactivity and degradation behavior of 45S5 bioglass robocast scaffolds was also investigated through immersion tests in simulated body fluid (SBF). Coatings from natural polymers, especially chitosan, are shown to have a positive effect on the bioactivity of 45S5 bioglass, accelerating the formation of an apatite-like layer. Besides, most coating compositions reduced the degradation (weight loss) rate of the scaffold, which has a positive impact on the evolution of their mechanical properties.

En este trabajo se analiza sistemáticamente el efecto de diferentes recubrimientos poliméricos, incluyendo composiciones naturales y sintéticas, sobre el rendimiento mecánico de andamios robocast 45S5 bioglass. Se impregnaron andamios de biovidrio 45S5 completamente amorfos sinterizados a 550 °C con polímeros naturales (gelatina, alginato y quitosano) y sintéticos (policaprolactona, PCL y ácido poliláctico, PLA) mediante un proceso de recubrimiento por inmersión. Se evaluó la mejora mecánica proporcionada por estos recubrimientos en términos tanto de resistencia a la compresión como de densidad de energía de deformación. Se observó que los polímeros naturales, en general, y el quitosano, en particular, producían el mayor refuerzo. También se investigó el efecto de estos recubrimientos sobre la bioactividad in vitro y el comportamiento de degradación de los andamios robocast 45S5 de biovidrio mediante pruebas de inmersión en fluido corporal simulado (SBF). Los recubrimientos de polímeros naturales, especialmente el quitosano, demostraron tener un efecto positivo sobre la bioactividad del biovidrio 45S5, acelerando la formación de una capa similar a la apatita. Además, la mayoría de las composiciones de recubrimiento redujeron la tasa de degradación (pérdida de peso) del andamiaje, lo que repercute positivamente en la evolución de sus propiedades mecánicas.