巴斯大學(xué)：3D打印制造具有抗菌性能的新型復(fù)合材料

2023年4月，南極熊獲悉，巴斯大學(xué)的工程師與阿爾斯特大學(xué)的同事合作，首次使用革命性的多材料 3D 打印工藝成功制造了一種具有抗菌特性的新型鐵電復(fù)合材料。他們的研究?jī)?nèi)容已經(jīng)發(fā)表在了期刊《Advanced Materials Technologies》上，題目為《Additively Manufactured Ferroelectric Particulate Composites for Antimicrobial Applications》（《用于抗菌應(yīng)用的增材制造鐵電顆粒復(fù)合材料》），該團(tuán)隊(duì)之前曾使用3D打印方法創(chuàng)建了用于骨組織工程的三維支架。



自從數(shù)百萬(wàn)年前它們首次開(kāi)始存在以來(lái)，包括細(xì)菌、病毒、真菌、藻類和許多其他生物在內(nèi)的微生物就對(duì)人類生活的幾乎每個(gè)領(lǐng)域都產(chǎn)生了非同尋常的影響，無(wú)論是有益的還是有害的；例如，它們會(huì)引起嚴(yán)重的感染，例如敗血癥。 用作醫(yī)療植入物的生物材料已成為醫(yī)療保健領(lǐng)域的前沿。在過(guò)去幾年中，植入物作為心臟瓣膜、支架和組織樣替代物的使用顯著增加，它們可以在具有挑戰(zhàn)性的條件下增強(qiáng)組織損傷和修復(fù)。然而，這些材料有時(shí)會(huì)帶來(lái)生物污染，對(duì)患者構(gòu)成重大健康風(fēng)險(xiǎn)，并使醫(yī)療保健系統(tǒng)損失數(shù)百萬(wàn)美元。

研究人員在文中提到，使用電響應(yīng)鐵電材料可為植入物提供抗感染能力，使其適用于心臟瓣膜、支架和骨植入物等生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，從而降低患者感染的風(fēng)險(xiǎn)。此次研究研究的主要作者是巴斯大學(xué)機(jī)械工程系的Hamideh Khanbareh博士，她認(rèn)為開(kāi)發(fā)此種材料十分具有意義，因?yàn)樗邆湓S多應(yīng)用的潛力?？梢缘挚垢腥净虼竽c桿菌等危險(xiǎn)細(xì)菌的生物醫(yī)學(xué)植入物可以為患者和醫(yī)療保健提供者帶來(lái)顯著益處。研究表明，Hamideh Khanbareh團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的鐵電復(fù)合材料具有作為抗菌材料和表面的巨大潛力，現(xiàn)在他們期待通過(guò)與醫(yī)學(xué)研究人員或醫(yī)療保健者合作，以進(jìn)一步發(fā)展此項(xiàng)技術(shù)。

具體內(nèi)容


△偏振 3D 打印壓電顆粒 PCL-BCZT 復(fù)合抗菌性材料

鐵電復(fù)合材料能夠抗菌，鐵電性是某些極性材料的一種特性，它會(huì)根據(jù)機(jī)械能或溫度的變化產(chǎn)生表面電荷。這種電荷導(dǎo)致在鐵電薄膜和植入物中產(chǎn)生稱為活性氧 (ROS) 的自由基，從而優(yōu)先消滅細(xì)菌，通過(guò)在極化的鐵電復(fù)合材料表面上對(duì)水分子進(jìn)行微電解來(lái)實(shí)現(xiàn)的。研究人員利用這種現(xiàn)象制備了復(fù)合材料，他們通過(guò)將鐵電體鋯鈦酸鈣鋇 (BCZT) 微粒嵌入聚己內(nèi)酯 (PCL)，PCL 是一種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中常用的可生物降解聚合物。然后將鐵電顆粒和聚合物混合物送入 3D 生物打印機(jī)，以構(gòu)建精確的多孔“支架”形狀，設(shè)計(jì)具有高表面積以增強(qiáng) ROS 的產(chǎn)生。即使感染了高濃度的侵略性大腸桿菌，測(cè)試也表明該復(fù)合材料無(wú)需外部干預(yù)即可完全消滅細(xì)菌細(xì)胞，僅需 15 分鐘即可消滅 70%。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202202127