生物3D打印技术及水凝胶生物墨水在医用材料中的应用分析

生物3D打印是将细胞、生物材料和生长因子等组分共同混合打印成设计结构的技术,因其精确控制细胞空间分布的能力,近年来被广泛应用于组织器官的再生修复。水凝胶具有与细胞外基质相似的含水量和拓扑结构,因此在生物3D打印领域具有广阔应用前景。文章综述了目前常见的生物3D打印方法,介绍了重要的水凝胶材料,同时对生物3D打印技术及水凝胶生物墨水存在的挑战和未来的前景进行了论述。

3D打印技术在组织修复中的应用进展

因3D打印技术可以根据患者需求进行个性化的结构构建,在精准医学领域受到额外关注。介绍了常用3D打印技术熔融沉积成型、喷墨打印、直接墨水书写和基于粉末床的选择性激光烧结的原理及其适用领域,综述了多种用于3D打印的生物材料包括合成类可降解聚合物如聚乳酸、聚乙醇酸及其共聚物,天然高分子如蛋白质和多糖,永久性植入体如金属和不可降解聚合物等在组织修复中的应用,分析了这些生物材料的优点和存在的不足之处,总结了3D打印用生物材料的发展现状,并对3D打印技术在精准医学领域的应用前景进行了展望。

高结晶多孔聚乳酸粉末的制备及其压电催化性能

聚乳酸(PLA)是一种生物基生物可降解的压电高分子材料,在有机污水处理、组织修复再生等领域有望发挥重要作用,但电活性低、压电响应性差等性能缺点严重限制了其实际应用。基于此,本文以碳酸氢钠(NaHCO_(3))为发泡剂,基于左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)的低温熔融共混制备高结晶的多孔立构复合聚乳酸(SC-PLA)粉末,研究了NaHCO_(3)含量对粉末微观结构与压电催化性能的影响。结果发现,NaHCO_(3)的加入对SC-PLA粉末的结晶度(约40%)和形貌均没有明显影响,但可赋予粉末丰富的微孔结构,使其在外力作用下更容易形变,进而表现出优异的压电性能。添加质量分数30%的NaHCO_(3)即可使SC-PLA粉末的孔隙率由8.9%大幅增加到66.9%,开路电压从4.0 V显著提升至22.0 V。压电催化实验表明,这种高压电性的多孔SC-PLA粉末可在超声振动激发下介导大量活性氧化种(ROS)的生成,实现对有机染料的高效催化降解(靛蓝胭脂红的降解率高达93.2%)。

生物基可降解聚合物在生物医学领域的应用及研究进展

聚合物科学和工业的发展使得人们更加关注环境友好的材料,以减轻传统石油基塑料对环境的影响。生物基聚合物是具有良好可持续性、生物相容性和可降解性的材料,在食品包装、农业、纺织等领域表现出巨大的应用潜力,并在生物医药领域中具有独特的优势。综述了常见的生物基可降解聚合物(多糖、蛋白质、合成聚合物如脂肪族聚酯等)的获取方式、结构、性质特点及其在生物医学领域中的最新研究进展,分析了它们目前存在的缺陷,并对未来的发展趋势进行了展望。

3D打印可降解聚乳酸共聚物多孔支架的制备与性能评价

为了开发具有高生物亲和性和优异修复效果的骨组织工程材料,合成了含有聚乙二醇亲水链段的聚乳酸共聚物(PELA),将共聚物与生物活性成分纳米羟基磷灰石共混,通过3D打印熔融沉积成型法制备了一系列结构完整、孔隙均匀的多孔支架,考察了组分含量和孔隙率对支架压缩强度的影响。实验结果表明,改善共聚物的亲水性可提升材料的生物亲和性,对共聚物材料性质和生物毒性的研究证明合成的含有聚乙二醇亲水链段的共聚物PELA适合作为可降解支架的基质材料。

医用植介入高分子材料研究进展

综述了常用的医用植介入高分子材料的结构、性质和应用,包括天然高分子聚合物、合成高分子聚合物及高分子/无机材料复合物等,提出了材料存在的不足和改进方法,同时介绍了医用植介入高分子材料的市场前景和发展趋势,分析阐述了中国在该领域的现状、面临的挑战以及解决方案。

单根DNA短链构筑pH响应超分子水凝胶

设计合成了一条包含两段自互补序列和一段富含胞嘧啶(C)序列的DNA单链.在碱性条件下,两段自互补序列可通过分子间自组装形成一维DNA纳米线,调节p H至酸性条件后,胞嘧啶序列通过形成双分子i-motif结构将纳米线交联,从而形成DNA水凝胶.当加入酸或碱调节体系的p H时,水凝胶的力学强度会发生变化.在p H为5.3时,水凝胶力学强度达到最大,增大或减小p H都会使水凝胶强度降低.同时,改变DNA单链浓度也能够调节水凝胶的力学强度.此凝胶制备过程原料合成简便,无需涉及不同DNA链定量配比的问题,大大简化了实验操作;另外i-motif结构在形成与解离两态之间的转换非常迅速,在几秒钟之内便可完成,也赋予该凝胶快速p H响应的特性.