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武漢理工大學(xué)趙政團(tuán)隊(duì) Small：3D打印具有形狀記憶功能的壓電骨修復(fù)支架
2023-06-28  來(lái)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(fù)支架能夠利用自體運(yùn)動(dòng)或者外部的刺激（如超聲波）促進(jìn)骨骼再生。形狀記憶聚合物（SMP）的形狀恢復(fù)性能能夠提供更緊密的骨組織接觸，并減小手術(shù)帶來(lái)的額外損傷。然而目前并沒(méi)有研究將形狀記憶聚合物與壓電納米顆粒結(jié)合，應(yīng)用于3D打印的骨缺損修復(fù)壓電支架。這主要?dú)w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(yīng)用。



  近期，武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙政課題組通過(guò)對(duì)壓電納米顆粒進(jìn)行改性，并與SMP復(fù)合，制備出了一種具有壓電性和形狀記憶功能的骨修復(fù)支架（圖1）。首先通過(guò)將聚多巴胺包裹在鈦酸鋇（BT）的表面，進(jìn)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(shù)脂結(jié)合起來(lái)，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(fù)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(shí)驗(yàn)均證明了該復(fù)合支架能夠有效促進(jìn)骨再生（圖5，圖6），表現(xiàn)出在骨缺損再生領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。 


圖1 壓電形狀記憶復(fù)合骨修復(fù)支架制備、應(yīng)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(fù)合骨修復(fù)支架的制備與表征


圖4 壓電形狀記憶復(fù)合骨修復(fù)支架的形狀記憶功能壓電性表征


圖5 壓電形狀記憶復(fù)合骨修復(fù)支架的體外促成骨實(shí)驗(yàn)



圖6 壓電形狀記憶復(fù)合骨修復(fù)支架的體內(nèi)促成骨實(shí)驗(yàn)


  該工作以“3D-Printed Piezoelectric Scaffolds with Shape Memory Polymer for Bone Regeneration”為題發(fā)表在《Small》上，（Doi：10.1002/smll.202302927）。武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金，武漢市知識(shí)創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目等支持。


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

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