巴斯大学：3D打印制造具有抗菌性能的新型复合材料

2023年4月，南极熊获悉，巴斯大学的工程师与阿尔斯特大学的同事合作，首次使用革命性的多材料 3D 打印工艺成功制造了一种具有抗菌特性的新型铁电复合材料。他们的研究内容已经发表在了期刊《Advanced Materials Technologies》上，题目为《Additively Manufactured Ferroelectric Particulate Composites for Antimicrobial Applications》（《用于抗菌应用的增材制造铁电颗粒复合材料》），该团队之前曾使用3D打印方法创建了用于骨组织工程的三维支架。



自从数百万年前它们首次开始存在以来，包括细菌、病毒、真菌、藻类和许多其他生物在内的微生物就对人类生活的几乎每个领域都产生了非同寻常的影响，无论是有益的还是有害的；例如，它们会引起严重的感染，例如败血症。 用作医疗植入物的生物材料已成为医疗保健领域的前沿。在过去几年中，植入物作为心脏瓣膜、支架和组织样替代物的使用显着增加，它们可以在具有挑战性的条件下增强组织损伤和修复。然而，这些材料有时会带来生物污染，对患者构成重大健康风险，并使医疗保健系统损失数百万美元。

研究人员在文中提到，使用电响应铁电材料可为植入物提供抗感染能力，使其适用于心脏瓣膜、支架和骨植入物等生物医学应用，从而降低患者感染的风险。此次研究研究的主要作者是巴斯大学机械工程系的Hamideh Khanbareh博士，她认为开发此种材料十分具有意义，因为它具备许多应用的潜力。可以抵抗感染或大肠杆菌等危险细菌的生物医学植入物可以为患者和医疗保健提供者带来显着益处。研究表明，Hamideh Khanbareh团队创造的铁电复合材料具有作为抗菌材料和表面的巨大潜力，现在他们期待通过与医学研究人员或医疗保健者合作，以进一步发展此项技术。

具体内容


△偏振 3D 打印压电颗粒 PCL-BCZT 复合抗菌性材料

铁电复合材料能够抗菌，铁电性是某些极性材料的一种特性，它会根据机械能或温度的变化产生表面电荷。这种电荷导致在铁电薄膜和植入物中产生称为活性氧 (ROS) 的自由基，从而优先消灭细菌，通过在极化的铁电复合材料表面上对水分子进行微电解来实现的。研究人员利用这种现象制备了复合材料，他们通过将铁电体锆钛酸钙钡 (BCZT) 微粒嵌入聚己内酯 (PCL)，PCL 是一种生物医学应用中常用的可生物降解聚合物。然后将铁电颗粒和聚合物混合物送入 3D 生物打印机，以构建精确的多孔“支架”形状，设计具有高表面积以增强 ROS 的产生。即使感染了高浓度的侵略性大肠杆菌，测试也表明该复合材料无需外部干预即可完全消灭细菌细胞，仅需 15 分钟即可消灭 70%。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202202127