Synthesis and polymerization of shape-memory resists for tissue engineering scaffolds

Additive manufacturing of biomimetic, stimuli-responsive scaffolds requires materials that are both biodegradable and shape-memory, yet suitable resists for two-photon polymerization (2PP) remain scarce. This work evaluates a methacrylate-functionalized polyester system designed for 2PP micro-scaffold fabrication and 4D behavior. The development of such materials is crucial for advancing regenerative medicine, as they enable the creation of structures that can be delivered minimally invasively and then transform in situ to recover their designed shape and function. Initial 2PP trials guided the development of a more robust fabrication method. We pivoted to one-photon Digital Light Processing (DLP, 405 nm) with a TPO-L photoinitiator. This alternative method successfully and robustly produced dimensionally stable, flex-tolerant woodpile scaffolds, validating the resin's photocurability at the meso-scale. Short-term degradation tests showed that the scaffolds underwent modest mass loss in neutral media but accelerated erosion in acidic environments, which is consistent with the hydrolyzable nature of the ester network. Overall, we demonstrate a biocompatible, photocurable shape-memory polyester concept that prints reliably via DLP. These findings identify key material levers needed for true 2PP micro-scaffolds and provide a path toward creating minimally invasive, 4D-printed sub-cellular scaffolds that can be activated in situ. This research is significant as it addresses a key challenge in the field and provides a concrete strategy for designing the next generation of 4D biomaterials.

La fabbricazione additiva di scaffold biomimetici e a risposta stimolo richiede materiali che siano sia biodegradabili che a memoria di forma, ma le resine adatte per la polimerizzazione a due fotoni (2PP) rimangono scarse. Questo lavoro valuta un sistema poliestere funzionalizzato con metacrilato progettato per la fabbricazione di micro-scaffold tramite 2PP e il comportamento 4D. Lo sviluppo di tali materiali è cruciale per far progredire la medicina rigenerativa, poiché consentono la creazione di strutture che possono essere rilasciate in modo minimamente invasivo e poi trasformarsi in situ per recuperare la loro forma e funzione progettate. Le prove iniziali con la 2PP hanno guidato lo sviluppo di un metodo di fabbricazione più robusto. Ci siamo orientati verso il Digital Light Processing (DLP) a un solo fotone (405 nm) con un fotoiniziatore TPO-L. Questo metodo alternativo ha prodotto in modo efficace e robusto scaffold a "woodpile" dimensionalmente stabili e flessibili, convalidando la fotopolimerizzabilità della resina su scala mesoscopica. I test di degradazione a breve termine hanno mostrato che gli scaffold hanno subito una modesta perdita di massa in un mezzo neutro ma una degradazione accelerata in ambienti acidi, il che è coerente con la natura idrolizzabile della rete poliestere. Nel complesso, dimostriamo un concetto di poliestere biocompatibile e fotopolimerizzabile a memoria di forma che si stampa in modo affidabile tramite DLP. Questi risultati identificano le leve materiali chiave necessarie per i veri micro-scaffold 2PP e forniscono un percorso concreto verso la creazione di scaffold sub-cellulari stampati in 4D che possono essere attivati in situ. Questa ricerca è significativa in quanto affronta una sfida chiave nel campo e fornisce una strategia concreta per la progettazione della prossima generazione di biomateriali 4D.