Abstract Regeneration of injured tendons and ligaments (T/L) is a worldwide need. In this study electrospun hierarchical scaffolds made of a poly (L-lactic) acid and collagen blend were developed reproducing all the multiscale levels of aggregation of these tissues. Scanning electron microscopy, microCT and tensile mechanical tests were carried out, including a multiscale digital volume correlation analysis to measure the full-field strain distribution of electrospun structures. The principal tensile and compressive strains detected the pattern of strains caused by the nanofibers rearrangement, while the deviatoric strains revealed the related internal sliding of nanofibers and bundles. The results of this study confirmed the biomimicry of such electrospun hierarchical scaffolds, paving the way to further tissue engineering and clinical applications. Graphical Abstract

The mechanics of Cemented Granular Material (CGM) have been studied by means of geotechnical experimental testing, whose output consists the basis of mathematical models which approach the material response in various loading states. The information derived from standard experimental response curves is the basis of understanding and handling the material. Still, it is intuitive to analyse the CGM down to the mesoscale and dray conclusions over the interaction of the constituent material phases. Diverging from the practice of equivalent continuum, the alternative description of a three phase composite of sand particles, cement binder and void pores has been realised in this study. In order to implement the specific morphology of this multiphase, geomaterial, X-ray Computed Tomography is used to capture the internal structure and quantify it into a three dimensional greyvalue map (or a three dimensional image). The distinction of the material phases is made possible by the application of a developed filter, which corrects the artefacts caused by beam hardening phenomena and allows for the generation of a phase segmented equivalent image. An image adapted meshing algorithm has been utilized to transform the labelled image into a tetrahedral mesh, grouped into sets that correspond to the different materials. The tetrahedral domain was assigned boundary conditions and was numerically tested under uniaxial compression using the finite element method. The kinematics of the simulation proved that the mesoscale approach, which carries internal structure information of the granular fabric and the cement paste distribution, provides a output which captures the kinematics of the granular skeleton.

Abstract The cycling stability of Li-ion batteries is commonly attributed to the formation of the solid electrolyte interphase (SEI) layer, which is generated on the active material surface during electrochemical reactions in battery operation. Silicon experiences large volume changes upon the Li-insertion and extraction, leading to the amorphization of the silicon-interface due to the permeation of the Li-ions into the silicon. Here, we discover how generated non-hydrostatic strain upon electrochemical cycling further triggers dislocation and eventually shear band formation within the crystalline silicon core. The latter boosts the non-uniform lithiation at the silicon interface affecting the SEI reformation process and ultimately the capacity. Our findings are based on a comprehensive multiscale structural and chemical experimental characterization, complemented by molecular dynamics modelling. This approach highlights the importance of considering electrochemical, microstructural and mechanical mechanisms, offering a strategy for developing improved anode materials with enhanced cycling stability and reduced capacity loss.

Abstract Enthesis lesions are one of the prevalent causes of injuries in the tendon tissue. The gradient of mineralization, extracellular matrix organization and auxetic mechanical properties, make enthesis regeneration challenging. Innovative electrospun fascicle-inspired nanofibrous poly(L-lactic)acid/collagen type I blend scaffolds were developed. Specifically, a mineralized fibrocartilage-inspired region (with/without nano-mineralization with hydroxyapatite), where random and aligned nanofibers coexist, is connected to a tendon-like region made of aligned nanofibers, through a conical non-mineralized fibrocartilage-inspired junction. Scanning electron microscopy and synchrotron nano-tomography show the morphological biomimicry of scaffolds with the natural tendon fascicles. Human mesenchymal stromal cells spheroids cultures confirm a balanced expression of both tendon, cartilage and bone markers on the non-mineralized scaffolds compared with the mineralized ones. Mechanical tests, at different physiological strain-rates, reveal a biomimetic mechanical behavior of scaffolds and the ability of junctions to tune the mechanics of their surrounding sites. Multiscale synchrotron in situ tensile tests, coupled with Digital Volume Correlation, elucidate the full-field strain distribution of scaffolds from the structural down to the nanofiber level, highlighting the auxetic mechanical behavior of junctions typical of the natural enthesis. The findings and cutting-edge investigations of our study suggest the suitability of these enthesis-inspired fascicles as innovative scaffolds for enhanced enthesis regeneration.