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《Small》:光固化3D打印用于骨再生的压电支架

《Small》:光固化3D打印用于骨再生的压电支架

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-07-19 17:29
  • 访问量:

【概要描述】

《Small》:光固化3D打印用于骨再生的压电支架

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2023年6月1日,武汉理工大学的研究人员在《Small》上发表题为3D-Printed Piezoelectric Scaffffolds with Shape Memory Polymer for Bone Regeneration的研究论文,报道了采用DLP3D打印工艺制备具有形状记忆功能的AESO-10ATP压电支架,并通过各项性能的分析证明其在骨缺损再生领域具有潜在的应用前景。

原文链接:

https://doi.org/10.1002/smll.202302927

  研究简介  

科研人员正尝试着将具有形状记忆聚合物(SMP)的压电纳米颗粒应用于3D打印骨缺损修复压电支架。然而压电相与聚合物相的介电常数存在显著差异,这便限制了压电性能。基于此,本文采用DLP数字光处理3D打印技术制备了掺杂Ag·TMSPM-pBT (ATP)纳米颗粒的新型压电式AESO支架。

其中Ag-TMSPM- pBT纳米粒子通过TMSPM共价功能化和导电Ag纳米粒子改善了AESO支架的压电性能。掺10 wt% Ag·TMSPM-pBT纳米颗粒的AESO支架具有良好的压电性能,压电系数(d33)为0.9 pCN -1,输出电流为146.4 nA,与骨组织的压电常数接近。此外,这些支架具有良好的形状记忆功能,在近红外(NIR)光照射下可以快速恢复其原始形状。同时成骨能力评价结果表明,AESO-10ATP支架在体外可促进骨髓间充质干细胞成骨分化,在体内可促进骨缺损修复,这表明3D打印AESO-10ATP压电支架在骨再生方面具有很大的应用潜力。

  研究内容解读  

本文制备了新型3D打印压电陶瓷·SMP复合材料骨再生支架(图1)。首先,将3-(三甲氧基硅基)甲基丙烯酸丙酯(TMSPM)接枝在聚多巴胺(PDA)包覆的BT (pBT)纳米粒子表面,再负载Ag纳米粒子,制备Ag-TMSPM-pBT压电纳米粒子,以增强压电陶瓷·SMP复合材料的压电性能。再将制备好的Ag·TMSPM-pBT压电纳米粒子加入到AESO聚合物中,通过超声均质得到UV光固化浆料,利用DLP 3D打印机制备高精度多孔压电陶瓷·SMP复合支架。DLP 3D打印可以实现快速和精确生产具有特定形状和孔隙度的支架,满足不规则形状骨缺损的定制需求。
此外,研究人员系统地研究了Ag·TMSPM-pBT纳米颗粒的形态、结构和组成。研究了不同纳米颗粒掺杂浓度的AESO-ATP支架的力学性能、形状记忆功能、压电性能和细胞相容性,并评估了3D打印压电陶瓷·SMP复合支架对骨再生的影响。

图1 研究了Ag·TMSPM-pBT纳米颗粒和掺10% Ag·TMSPM-pBT纳米颗粒的AESO支架的制备工艺,以及AESO- 10ATP支架在骨再生中的应用。

图2 a) Ag·TMSPM-pBT纳米颗粒的制备工艺及b)反应机理。

图4 a)采用数字光处理(DLP) 3D打印技术制备3D打印压电陶瓷·SMP复合支架的原理图。b) AESO-10ATP支架宏观图。c) AESO-10ATP支架的SEM图像。d) AESO10ATP支架的切割面SEM图像。e)点Ⅰ处AESO-10ATP支架的EDS谱。f) AESO-10ATP支架的实测孔隙率和理论孔隙率(n=6)。定量数据以mean±SD偏差表示。

图5 不同支架的力学性能、形状记忆功能及压电性能评价。

  研究结论  

本研究成功制备了压电型 Ag·TMSPM-pBT纳米颗粒掺杂的3D打印AESO支架,通过添加导电Ag纳米颗粒和与BT纳米颗粒共价改性的TMSPM,使Ag·TMSPM-pBT纳米颗粒改善了AESO支架的压电性能。掺有10 wt% Ag-TMSPM-pBT纳米颗粒的AESO支架(AESO- 10atp支架)具有良好的压电性能、良好的形状记忆功能、良好的抗氧化性能和生物相容性。此外,体外BMSCs成骨分化和体内骨缺损修复的结果表明,AESO-10ATP支架能够促进骨再生。因此,3D打印具有形状记忆功能的AESO-10ATP压电支架在骨缺损再生领域具有潜在的应用前景。

——END——

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