巴斯大學：3D打印制造具有抗菌性能的新型復合材料

2023年4月，南極熊獲悉，巴斯大學的工程師與阿爾斯特大學的同事合作，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合材料。他們的研究內容已經發(fā)表在了期刊《Advanced Materials Technologies》上，題目為《Additively Manufactured Ferroelectric Particulate Composites for Antimicrobial Applications》（《用于抗菌應用的增材制造鐵電顆粒復合材料》），該團隊之前曾使用3D打印方法創(chuàng)建了用于骨組織工程的三維支架。



自從數百萬年前它們首次開始存在以來，包括細菌、病毒、真菌、藻類和許多其他生物在內的微生物就對人類生活的幾乎每個領域都產生了非同尋常的影響，無論是有益的還是有害的；例如，它們會引起嚴重的感染，例如敗血癥。 用作醫(yī)療植入物的生物材料已成為醫(yī)療保健領域的前沿。在過去幾年中，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)性的條件下增強組織損傷和修復。然而，這些材料有時會帶來生物污染，對患者構成重大健康風險，并使醫(yī)療保健系統(tǒng)損失數百萬美元。

研究人員在文中提到，使用電響應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)學應用，從而降低患者感染的風險。此次研究研究的主要作者是巴斯大學機械工程系的Hamideh Khanbareh博士，她認為開發(fā)此種材料十分具有意義，因為它具備許多應用的潛力?？梢缘挚垢腥净虼竽c桿菌等危險細菌的生物醫(yī)學植入物可以為患者和醫(yī)療保健提供者帶來顯著益處。研究表明，Hamideh Khanbareh團隊創(chuàng)造的鐵電復合材料具有作為抗菌材料和表面的巨大潛力，現在他們期待通過與醫(yī)學研究人員或醫(yī)療保健者合作，以進一步發(fā)展此項技術。

具體內容


△偏振 3D 打印壓電顆粒 PCL-BCZT 復合抗菌性材料

鐵電復合材料能夠抗菌，鐵電性是某些極性材料的一種特性，它會根據機械能或溫度的變化產生表面電荷。這種電荷導致在鐵電薄膜和植入物中產生稱為活性氧 (ROS) 的自由基，從而優(yōu)先消滅細菌，通過在極化的鐵電復合材料表面上對水分子進行微電解來實現的。研究人員利用這種現象制備了復合材料，他們通過將鐵電體鋯鈦酸鈣鋇 (BCZT) 微粒嵌入聚己內酯 (PCL)，PCL 是一種生物醫(yī)學應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，以構建精確的多孔“支架”形狀，設計具有高表面積以增強 ROS 的產生。即使感染了高濃度的侵略性大腸桿菌，測試也表明該復合材料無需外部干預即可完全消滅細菌細胞，僅需 15 分鐘即可消滅 70%。

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