武汉理工大学赵政团队 Small：3D打印具有形状记忆功能的压电骨修复支架

2023-06-28 来源：高分子科技

压电材料的特性使它能够在外力作用下产生微电流，压电骨修复支架能够利用自体运动或者外部的刺激（如超声波）促进骨骼再生。形状记忆聚合物（SMP）的形状恢复性能能够提供更紧密的骨组织接触，并减小手术带来的额外损伤。然而目前并没有研究将形状记忆聚合物与压电纳米颗粒结合，应用于3D打印的骨缺损修复压电支架。这主要归因于压电相和聚合物相之间的介电常数存在显著差异，限制了压电性能，使其难以得到应用。

近期，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室赵政课题组通过对压电纳米颗粒进行改性，并与SMP复合，制备出了一种具有压电性和形状记忆功能的骨修复支架（图1）。首先通过将聚多巴胺包裹在钛酸钡（BT）的表面，进一步在表面上包裹硅烷偶联剂（TMSPM）和沉积银（Ag）纳米颗粒，制备了一种新型纳米颗粒（Ag-TMSPM-pBT）（图2）。将这种纳米颗粒与具有形状记忆特性的环氧大豆油丙烯酸酯（AESO）树脂结合起来，使用3D打印制备出具有高精度、可定制、形状记忆和压电性的AESO-ATP骨修复支架（图3）。支架不仅具有良好的形状记忆特性，还具有与骨组织匹配的压电性（图4），在体内和体外实验均证明了该复合支架能够有效促进骨再生（图5，图6），表现出在骨缺损再生领域具有潜在的应用前景。

图1 压电形状记忆复合骨修复支架制备、应用流程图

图2 纳米颗粒的制备与表征

图3 压电形状记忆复合骨修复支架的制备与表征

图4 压电形状记忆复合骨修复支架的形状记忆功能压电性表征

图5 压电形状记忆复合骨修复支架的体外促成骨实验

图6 压电形状记忆复合骨修复支架的体内促成骨实验

该工作以“3D-Printed Piezoelectric Scaffolds with Shape Memory Polymer for Bone Regeneration”为题发表在《Small》上，（Doi：10.1002/smll.202302927）。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室硕士生李冠霖为第一作者，博士生李泽浩为并列第一作者，赵政副研究员为通讯作者。该工作得到国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目、湖北省自然科学基金，武汉市知识创新专项项目等支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202302927

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（责任编辑：xu）

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