3D打印铁电材料被证明可以消除包括大肠杆菌在内的有害细菌

一种使用3D打印制造抗感染材料用作医疗植入物的新方法已在Advanced Materials Technologies上发表的一篇新研究论文中揭示。

巴斯大学的工程师与阿尔斯特大学的同事合作，首次使用新颖的多材料3D打印工艺成功创造了一种具有抗菌性能的新型铁电复合材料。

他们说，使用电响应铁电材料使植入物具有抗感染特性，使其成为生物医学应用的理想选择，例如心脏瓣膜，支架和骨植入物，从而降低了患者感染的风险。

降低风险

虽然司空见惯，但所有生物医学植入物都会带来一定程度的风险，因为材料可能携带可能导致感染的表面生物污染物。降低这种风险可能既有利于改善结果的患者，也可以通过降低持续治疗产生的成本而对医疗保健提供者有益。

该团队此前曾使用这种3D打印技术来制造用于骨组织工程的三维支架。

巴斯机械工程系材料和结构讲师Hamideh Khanbareh博士是该研究的主要作者。她说，该开发具有广泛的应用范围。

她说：“可以对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的好处。

“我们的研究表明，我们创造的铁电复合材料作为抗菌材料和表面具有巨大的潜力。这是一个潜在的改变游戏规则的发展，我们渴望通过与医学研究人员或医疗保健提供者的合作进一步发展。

破坏感染的特性

这项创新得益于铁电性，这是某些极性材料的特性，它们响应机械能或温度的变化而产生电表面电荷。在铁电薄膜和植入物中，这种电荷导致形成称为活性氧(ROS)的自由基，其选择性地根除细菌。这是通过极化铁电复合材料表面上水分子的微电解来实现的。

用于利用这种现象的复合材料是通过将铁电锆钛酸钙钡(BCZT)微粒嵌入聚己内酯(PCL)中制成的，PCL是一种广泛用于生物医学应用的可生物降解聚合物。然后将铁电颗粒和聚合物的混合物送入3D生物打印机，以创建特定的多孔“支架”形状，该形状旨在具有高表面积以促进ROS的形成。

测试表明，即使被高浓度的侵袭性大肠杆菌污染，该复合材料也可以在没有外部干预的情况下完全根除细菌细胞，在短短70分钟内15%。

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