Biological and bioinspired composites with spatially tunable heterogeneous architectures

Advanced Functional Materials

Volumn 23, Issue 36, 2013, Pages 4423-4436

  Studart, André R ^a  

^a ETH ZURICH   (Switzerland)

Author keywords

biomimetics; composite materials; hybrid materials; microstructures; structure property relationships

Indexed keywords

ENVIRONMENTAL-FRIENDLY; HETEROGENEOUS ARCHITECTURES; HETEROGENEOUS STRUCTURES; HOMOGENEOUS MATERIALS; MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES; STRUCTURAL COMPOSITES; STRUCTURE PROPERTY RELATIONSHIPS; UNIFORM MICROSTRUCTURE;

BIOLOGICAL MATERIALS; BIOMIMETICS; COMPOSITE MATERIALS; DURABILITY; HYBRID MATERIALS;

MICROSTRUCTURE;

EID: 84884907322     PISSN: 1616301X     EISSN: 16163028     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/adfm.201300340     Document Type: Article

References (70)

1. M. F. Ashby, Materials selection in mechanical design, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK 2005.
2. U. G. K. Wegst, M. F. Ashby, Philos. Mag. 2004, 84, 2167.
3. P. J. Prendergast, D. Taylor, J. Biomed. Eng. 1990, 12, 379.
4. T. T. Miller, Eur. J. Radiol. 2012, 81, 3802.
5. R. Anand, S. E. Graves, R. N. de Steiger, D. C. Davidson, P. Ryan, L. N. Miller, K. Cashman, J. Bone Jt. Surg. 2011, 93, 51 (Supplement 3).
6. M. Bohner, Mater. Today 2010, 13, 24.
7. D. J. E. Murdock, P. C. J. Donoghue, Cells Tissues Organs 2011, 194, 98.
8. M. J. Buehler, Nano Today 2010, 5, 379.
9. J. W. C. Dunlop, P. Fratzl, Annu. Rev. Mater. Res. 2010, 40, 1.
10. A. R. Studart, Adv. Mater. 2012, 24, 5024.
11. P. Fratzl, R. Weinkamer, Prog. Mater Sci. 2007, 52, 1263.
12. S. Bentov, P. Zaslansky, A. Al-Sawalmih, A. Masic, P. Fratzl, A. Sagi, A. Berman, B. Aichmayer, Nat. Commun. 2012, 3, 839.
13. a) W. Tesch, N. Eidelman, P. Roschger, F. Goldenberg, K. Klaushofer, P. Fratzl, Calcif.Tissue Int. 2001, 69, 147
14. b) R. K. Nalla, J. H. Kinney, R. O. Ritchie, Biomaterials 2003, 24, 3955
15. B. J. F. Bruet, J. Song, M. C. Boyce, C. Ortiz, Nat. Mater. 2008, 7, 748
16. c) H. M. Yao, M. Dao, T. Imholt, J. M. Huang, K. Wheeler, A. Bonilla, S. Suresh, C. Ortiz, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2010, 107, 987
17. d) Y. R. Ma, B. Aichmayer, O. Paris, P. Fratzl, A. Meibom, R. A. Metzler, Y. Politi, L. Addadi, P. Gilbert, S. Weiner, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 6048
18. e) D. Raabe, C. Sachs, P. Romano, Acta Mater. 2005, 53, 4281
19. f) S. Bechtle, S. Habelitz, A. Klocke, T. Fett, G. A. Schneider, Biomaterials. 31, 375
20. g) D. Bajaj, D. D. Arola, Biomaterials 2009, 30, 4037
21. h) H. Peisker, J. Michels, S. N. Gorb, Nat. Commun. 2013, 4, 1661.
22. V. Imbeni, J. J. Kruzic, G. W. Marshall, S. J. Marshall, R. O. Ritchie, Nat. Mater. 2005, 4, 229.
23. M. E. Launey, M. J. Buehler, R. O. Ritchie, Annu. Rev. Mater. Res., Vol. 40 (Eds:, D. R. Clarke, M. Ruhle, F. Zok,), 2010, 25.
24. H. Chai, J. J. W. Lee, P. J. Constantino, P. W. Lucas, B. R. Lawn, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2009, 106, 7289.
25. A. R. Studart, F. Filser, P. Kocher, L. J. Gauckler, Dent. Mater. 2007, 23, 106
26. J. R. Kelly, Annu. Rev. Mater. Sci. 1997, 27, 443.
27. P. Zaslansky, R. Shahar, A. A. Friesem, S. Weiner, Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 1925.
28. G. M. Genin, A. Kent, V. Birman, B. Wopenka, J. D. Pasteris, P. J. Marquez, S. Thomopoulos, Biophys. J. 2009, 97, 976.
29. a) S. Thomopoulos, G. R. Williams, J. A. Gimbel, M. Favata, L. J. Soslowsky, J. Orthop. Res. 2003, 21, 413
30. b) K. L. Moffat, W. H. S. Sun, P. E. Pena, N. O. Chahine, S. B. Doty, G. A. Ateshian, C. T. Hung, H. H. Lu, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2008, 105, 7947.
31. Y. X. Liu, S. Thomopoulos, V. Birman, J. S. Li, G. M. Genin, Mech. Mater. 2012, 44, 83.
32. D. Hull, T. W. Clyne, An Introduction to Composite Materials, Cambridge University Press, Cambridge, UK 1996.
33. a) H. C. Cao, A. G. Evans, Acta Metall. Mater. 1991, 39, 2997
34. b) H. E. Deve, A. G. Evans, D. S. Shih, Acta Metall. Mater. 1992, 40, 1259
35. c) M. Y. He, F. E. Heredia, D. J. Wissuchek, M. C. Shaw, A. G. Evans, Acta Metall. Mater. 1993, 41, 1223
36. d) F. E. Heredia, M. Y. He, G. E. Lucas, A. G. Evans, H. E. Deve, D. Konitzer, Acta Metall. Mater. 1993, 41, 505.
37. A. P. Mouritz, M. K. Bannister, P. J. Falzon, K. H. Leong, Composites, Part A 1999, 30, 1445.
38. a) Z. Y. Tang, N. A. Kotov, S. Magonov, B. Ozturk, Nat. Mater. 2003, 2, 413
39. b) E. Munch, M. E. Launey, D. H. Alsem, E. Saiz, A. P. Tomsia, R. O. Ritchie, Science 2008, 322, 1516
40. c) P. Podsiadlo, A. K. Kaushik, E. M. Arruda, A. M. Waas, B. S. Shim, J. D. Xu, H. Nandivada, B. G. Pumplin, J. Lahann, A. Ramamoorthy, N. A. Kotov, Science 2007, 318, 80
41. d) L. J. Bonderer, A. R. Studart, J. Woltersdorf, E. Pippel, L. J. Gauckler, J. Mater. Res. 2009, 24, 2741
42. e) L. J. Bonderer, A. R. Studart, L. J. Gauckler, Science 2008, 319, 1069
43. f) S. Deville, E. Saiz, R. K. Nalla, A. P. Tomsia, Science 2006, 311, 515
44. g) H. B. Yao, Z. H. Tan, H. Y. Fang, S. H. Yu, Angew. Chem., Int. Ed. 2010, 49, 10127
45. h) R. T. Olsson, M. Samir, G. Salazar-Alvarez, L. Belova, V. Strom, L. A. Berglund, O. Ikkala, J. Nogues, U. W. Gedde, Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 584
46. i) A. Walther, I. Bjurhager, J. M. Malho, J. Pere, J. Ruokolainen, L. A. Berglund, O. Ikkala, Nano Lett. 2010, 10, 2742.
47. R. M. Erb, R. Libanori, N. Rothfuchs, A. R. Studart, Science 2012, 335, 199.
48. X. Y. Kou, S. T. Tan, Comput.-Aided Des. 2007, 39, 284
49. K. H. Shin, H. Natu, D. Dutta, J. Mazumder, Mater. Des. 2003, 24, 339.
50. A. Mortensen, S. Suresh, Int. Mater. Rev. 1995, 40, 239
51. M. T. Tilbrook, R. J. Moon, M. Hoffman, Compos. Sci. Technol. 2005, 65, 201.
52. R. Libanori, F. H. L. Munch, D. M. Montenegro, A. R. Studart, Compos. Sci. Technol. 2012, 72, 435.
53. R. Libanori, R. M. Erb, A. Reiser, H. Le Ferrand, M. J. Süess, R. Spolenak, A. R. Studart, Nat Commun. 2012, 3, 1265.
54. J. F. V. Vincent, U. G. K. Wegst, Arthropod Struct. Dev. 2004, 33, 187.
55. D. P. J. Cotton, A. Popel, I. M. Graz, S. P. Lacour, J. Appl. Phys. 2011, 109, 054905
56. S. P. Lacour, J. Jones, S. Wagner, T. Li, Z. G. Suo, Proc. IEEE 2005, 93, 1459.
57. J. A. Lewis, J. Am. Ceram. Soc. 2000, 83, 2341.
58. a) J. E. Smay, J. A. Lewis, in Ceramics and Composites Processing Methods (Eds:, N. P. Bansal, A. R. Boccaccini,), John Wiley & Sons, Inc., 2012, 459
59. b) M. L. Griffith, J. W. Halloran, J. Am. Ceram. Soc. 1996, 79, 2601
60. c) S. M. Peltola, F. P. W. Melchels, D. W. Grijpma, M. Kellomaki, Ann. Med. 2008, 40, 268
61. d) E. Sachs, M. Cima, P. Williams, D. Brancazio, J. Cornie, J. Eng. Ind. 1992, 114, 481.
62. a) K. S. Toohey, N. R. Sottos, J. A. Lewis, J. S. Moore, S. R. White, Nat. Mater. 2007, 6, 581
63. b) C. J. Hansen, S. R. White, N. R. Sottos, J. A. Lewis, Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 4320
64. c) N. Oxman, S. Keating, E. Tsai, in Proceedings of VRAP: Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping, Taylor & Francis Group, London 2012
65. d) N. Oxman, E. Tsai, M. Firstenberg, Virtual Phys. Prototyp. 2012, 7, 261.
66. M. N. Rahaman, A. H. Yao, B. S. Bal, J. P. Garino, M. D. Ries, J. Am. Ceram. Soc. 2007, 90, 1965.
67. M. C. Maas, E. R. Dumont, Evol. Anthropol. 1999, 8, 133.
68. G. W. Marshall, S. J. Marshall, J. H. Kinney, M. Balooch, J. Dent. 1997, 25, 441.
69. T. Apivatthakakul, J. Phaliphot, S. Leuvitoonvechkit, Injury 2013, 44, 168.
70. T. M. Keaveny, P. F. Hoffmann, M. Singh, L. Palermo, J. P. Bilezikian, S. L. Greenspan, D. M. Black, J. Bone Miner. Res. 2008, 23, 1974.