Applicability of near-field electrospinning for the development of TCP-based thin fibres and scaffold 3D printing

A novel method for obtaining ceramic (tricalcium phosphate, TCP) fibres with a small diameter (below 0.1 mm) is proposed and its potential use in the 3D printing of scaffolds for biomedical applications is explored. An ink consisting of a high solid content (40 vol%) ceramic slurry in a photocurable resin was prepared and extruded using near-field electrospinning. The influence of the electric potential, flow rate, and distance between tip and collector on the fabrication process in static mode were studied and the role played by unidirectional motion of the collector was also analyzed. A one order of magnitude reduction in the diameter of the jet to around 30 μm is demonstrated under static conditions, which increased to around 100 μm when collector was displaced. Continuous fibres were deposited but the slurry spread over the collector. The method was implemented on a DIW system, using in-flight UV light curing to prevent the spreading of the ink upon deposition. The feasibility of the strategy was demonstrated, although challenges remain for the optimization and control of the fabrication process. Nevertheless, these preliminary results suggest this could be a promising alternative to produce 3D ceramic scaffolds for biomedical applications with improved spatial resolution. Resumen: Se propone un nuevo método para la obtención de fibras cerámicas (fosfato tricálcico, TCP) de pequeño diámetro (menos de 0.1 mm) y se explora su potencial uso en la impresión 3D de andamiajes para aplicaciones biomédicas. Suspensiones cerámicas de alto contenido sólido (40 vol%) en una resina fotocurable fueron extruidas mediante electrohilado de campo cercano, analizando la influencia del potencial eléctrico, el caudal y la distancia entre la punta y el colector y el movimiento de este en el diámetro de la fibra. Se demuestra una reducción de un orden de magnitud en el diámetro del chorro hasta ∼30 μm en estático y hasta ∼100 μm con el colector en movimiento. Se depositaron fibras continuas, pero se observó esparcimiento de la suspensión sobre el colector. El método se implementó en un sistema de moldeo robotizado, utilizando curado en vuelo por luz ultravioleta para evitar el esparcimiento de la tinta tras la deposición. Aunque la viabilidad de la estrategia queda demostrada, siguen existiendo retos para la optimización y control del proceso de fabricación. No obstante, estos resultados preliminares indican que esta técnica podría ser una alternativa prometedora para producir andamios cerámicos 3D para aplicaciones biomédicas con una resolución espacial mejorada.