《Advanced Materials Technologies》：3D打印铁电复合材料，制备具有抗菌性的生物医学植入物

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分类：行业动态
发布时间：2023-04-10 17:18
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2023年4月8日，巴斯大学与阿尔斯特大学的研究人员在《Advanced Materials Technologies》期刊上发表题为Additively Manufactured Ferroelectric Particulate Composites for Antimicrobial Applications的研究论文，报道了一种具有抗菌特性的新型铁电复合材料，在医疗植入物应用上有着巨大潜力。

原文链接：

//doi.org/10.1002/admt.202202127

研究简介

新型铁电材料具备独特的电响应特性，可以响应机械能或温度的变化产生表面电荷。铁电材料可促成水分子的微电解，导致水溶液中活性氧(ROS)的形成，从而选择性地杀死细菌。

本文介绍了铁电颗粒复合材料的制备、表征和抗菌性能。锆钛酸钡钙(BCZT)微粉通过固态反应合成，并与聚己内酯(PCL)机械混合，随后将其送入3D生物打印机，在四种不同的陶瓷固含量(0, 10,20,30 wt%)下制备多孔PCL-BCZT结构。为了检查材料应对污染的能力，在没有任何外部干预的情况下，将复合材料暴露在高接种量的细菌(大肠杆菌ATCC 25922)中，15分钟后记录到70%的大肠杆菌被杀死。结果表明，铁电复合材料作为抗菌材料具有很大的潜力。

研究内容解读

聚合物基铁电复合材料被认为对大肠杆菌具有抗菌性能，这可能是由于其表面释放了ROS。更具体地说，在这项工作中，首次成功地利用基于单步挤压的3D打印技术制备了PCL/BCZT复合材料，并具有用于生物应用的抗菌剂的潜力。铁电陶瓷粉末的存在延缓了复合材料的降解速度。聚合物的介电性能和压电性能随着基体中铁电相的增加而提高。当水溶液中的水分子被极化样品微电解时会产生自由基。产生的ROS可以通过改变细菌的膜特性使细菌细胞失活，最终导致它们的脱氧核糖核酸(DNA)破坏。

通过3D打印获得的多孔样品的相对较大的表面积和聚合物基质的疏水部分，进一步增强了复合系统中的抗菌性能。因此，在本研究的基础上，由于ROS水平对正常哺乳动物细胞是安全的，因此开发抗菌和生物相容性的铁电体是可行的，可用于抗菌表面或组织工程领域。

图1 a)合成BCZT粉体的SEM显微形貌和粒度分析。b)合成BCZT粉末的XRD谱。

图2 三种打印铁电复合材料在不同浓度下的SEM形貌评价:a) 10 wt% BCZT, b) 20 wt% BCZT, c) 30 wt% BCZT。

图3 打印样品的三维图像。

——END——

中国九游会科技生物3D打印机可实现水凝胶、细胞、无机材料等的多通道协同打印，开放化的系统架构支持科研用户根据自身需求进行定制和扩展，适用于生物材料、再生医学、创新药物等领域的自我探索研究。

关于中国九游会科技

深圳中国九游会科技有限公司成立于2015年，是一家以陶瓷增材制造技术为核心的高科技公司。

公司拥有以清华大学博士后、挪威科技大学海归博士等为主体的研发团队，致力于为客户提供完整的“陶瓷3D打印设备+陶瓷3D打印材料+陶瓷烧结工艺”整体解决方案！

目前，公司自主研发的一系列精细直写陶瓷3D、4D打印设备，生物直写陶瓷3D打印设备，光固化陶瓷3D打印设备以及相关陶瓷3D打印材料，已服务清华大学、哈尔滨工业大学、北京科技大学、北京理工大学、西北工业大学、四川大学、国防科技大学、深圳大学、中国科学院、燕之屋丝浓食品等全球100+家顶尖科研院所。

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