石墨烯氧化物-Ag共分散纳米系统：对聚合物支架抗菌活性和力学性能的双重协同效应

作者： 蔡智豪 贺健康  3D打印分会中国机械工程学会

组织工程支架作为临时细胞外基质，在细胞生长、组织血管化以及最终形成新组织方面发挥着重要作用。生物降解聚合物，如聚L-乳酸(PLLA)，聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)因其良好的生物学性能，在骨组织工程支架的研制中得到了美国食品和药物管理局的认可。然而，这些材料的机械强度和模量不足以与天然骨的力学强度和模量相匹配，难以便在骨再生过程中提供足够的支持。同时，支架移植后由于服用抗生素的副作用和细菌对抗生素的严重耐药性，也需要骨支架具有抗菌作用的，以防止相关感染。

图 1 （a）PLLA-PGA/GO-Ag 纳米复合粉末制备原理图 (b)SLS增材制造过程

中南大学机电工程学院高性能复杂制造国家重点实验室的研究人员提出了一种共分散的氧化石墨烯（GO）-银（Ag）纳米系统，GO纳米片负载Ag纳米粒子，而Ag纳米粒子嵌入到GO纳米片的中间层中，GO纳米片和Ag纳米粒子相互支持，如图1所示，从而实现了共分散，该方法解决了GO或纳米Ag很容易形成团聚体的问题。将GO-Ag纳米共分散体系引入3D打印聚合物支架中（如图2所示），结果表明，GO-Ag纳米系统结合GO纳米片的捕获作用和Ag的杀灭作用，对抗菌作用具有协同作用，含1 wt% GO-1 wt% Ag的支架具有95 %以上的抑菌率。此外，随着共分散纳米系统的加入，材料的抗压强度和模量分别提高了102 %和82 %，GO和Ag对支架的机械强化又表现出协同效应。

图 2 复合支架的3维视图以及电镜图

研究人员通过石墨烯氧化物-Ag共分散纳米系统复合支架不但具有良好的细胞相容性，还有优秀的抗菌和机械强化能力，这种支架在骨组织工程中将具有极大的应用前景。



参考文献
Shuai C, Guo W, Wu P, Yang W, Hu S, Xia Y and Feng P 2018 A graphene oxide-Ag co-dispersing nanosystem: Dual synergistic effects on antibacterial activities and mechanical properties of polymer scaffolds Chem. Eng. J. 347 322-333

供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室