昆明理工大学徐旭辉教授团队 Adv. Mater.：利用微晶水凝胶实现3D打印体内成型

2024-01-16 来源：高分子科技

体内植入式生物材料在医疗领域中骨折的矫正修复、心血管疾病、神经疾病治疗等方面具有不可或缺的功效。通常植入式医疗材料是在体外成型采用外科手术方式来植入体内，但是手术植入过程容易引起并发症造成感染。因此，迫切需要新方法实现植入式医疗材料的体内制造，有效降低与外科手术相关的风险。

近期，昆明理工大学徐旭辉教授团队借鉴微晶玻璃的思想，选择微晶作为水凝胶内嵌的紫外固化光源，开发了一种上转换纳米颗粒(UCNPs)辅助的近红外3D生物材料打印方法，以实现无侵入性手术的体内材料成型（图1）。首先设计多层核壳结构UCNPs定向增强其在蓝紫光波段的发光性能（图2）；UCNPs将穿透皮肤组织的近红外(NIR)光子转化为蓝紫色发射(300-500 nm)，可在体内诱导多种单体聚合固化（图3）；利用三维移动坐标平台固定并控制近红外激光器，使其按预设路线精准移动实现固化成型，本研究成功在小鼠体内实现了无创骨折固定支架的3D成型（图4），展示了一种全新生物医学材料的体内成型方式，在植入式医疗领域具有广泛的应用前景。

图1 上转换材料辅助3D生物打印在体内无创固定骨折示意图

图2 氟化物上转换纳米晶微观形貌结构

图3 氟化物上转换纳米晶光学性能及光固化测试

图4 上转换氟化物纳米晶辅助3D生物打印技术用于体内骨折固定

该工作以“Upconversion 3D Bioprinting for Noninvasive In-Vivo Moulding”为题发表在《Advanced Materials》上。昆明理工大学为第一作者单位，通讯作者是昆明理工大学徐旭辉教授。文章第一作者是昆明理工大学博士生张鹏。该研究得到国家自然科学基金项目、云南省重大科技专项等项目资助支持。

论文信息：Zhang P, Teng Z, Zhou M, Yu X, Wen H, Niu J, Liu Z, Zhang Z, Liu Y, Qiu J, Xu X. Upconversion 3d bioprinting for noninvasive in‐vivo moulding [J]. Advanced Materials, 2024.

https://doi.org/10.1002/adma.202310617

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（责任编辑：xu）

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