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武漢理工大學趙政團隊 Small:3D打印具有形狀記憶功能的壓電骨修復支架
2023-06-28  來源:高分子科技

  壓電材料的特性使它能夠在外力作用下產(chǎn)生微電流,壓電骨修復支架能夠利用自體運動或者外部的刺激(如超聲波)促進骨骼再生。形狀記憶聚合物(SMP)的形狀恢復性能能夠提供更緊密的骨組織接觸,并減小手術帶來的額外損傷。然而目前并沒有研究將形狀記憶聚合物與壓電納米顆粒結(jié)合,應用于3D打印的骨缺損修復壓電支架。這主要歸因于壓電相和聚合物相之間的介電常數(shù)存在顯著差異,限制了壓電性能,使其難以得到應用。



  近期,武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室趙政課題組通過對壓電納米顆粒進行改性,并與SMP復合,制備出了一種具有壓電性和形狀記憶功能的骨修復支架(圖1)。首先通過將聚多巴胺包裹在鈦酸鋇(BT)的表面,進一步在表面上包裹硅烷偶聯(lián)劑(TMSPM)和沉積銀(Ag)納米顆粒,制備了一種新型納米顆粒(Ag-TMSPM-pBT)(圖2)。將這種納米顆粒與具有形狀記憶特性的環(huán)氧大豆油丙烯酸酯(AESO)樹脂結(jié)合起來,使用3D打印制備出具有高精度、可定制、形狀記憶和壓電性的AESO-ATP骨修復支架(圖3)。支架不僅具有良好的形狀記憶特性,還具有與骨組織匹配的壓電性(圖4),在體內(nèi)和體外實驗均證明了該復合支架能夠有效促進骨再生(圖5,圖6),表現(xiàn)出在骨缺損再生領域具有潛在的應用前景。 


1 壓電形狀記憶復合骨修復支架制備、應用流程圖 


圖2 納米顆粒的制備與表征
 

圖3 壓電形狀記憶復合骨修復支架的制備與表征


4 壓電形狀記憶復合骨修復支架的形狀記憶功能壓電性表征


5 壓電形狀記憶復合骨修復支架的體外促成骨實驗



壓電形狀記憶復合骨修復支架的體內(nèi)促成骨實驗


  該工作以“3D-Printed Piezoelectric Scaffolds with Shape Memory Polymer for Bone Regeneration”為題發(fā)表在《Small》上,(Doi10.1002/smll.202302927)。武漢理工大學材料復合新技術國家重點實驗室碩士生李冠霖為第一作者,博士生李澤浩為并列第一作者,趙政副研究員為通訊作者。該工作得到國家重點研發(fā)計劃課題、國家自然科學基金面上項目、湖北省自然科學基金,武漢市知識創(chuàng)新專項項目等支持。


  原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202302927

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(責任編輯:xu)
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