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昆明理工大學(xué)徐旭輝教授團隊 Adv. Mater.:利用微晶水凝膠實現(xiàn)3D打印體內(nèi)成型
2024-01-16  來源:高分子科技

  體內(nèi)植入式生物材料在醫(yī)療領(lǐng)域中骨折的矯正修復(fù)、心血管疾病、神經(jīng)疾病治療方面具有不可或缺的功效。通常植入式醫(yī)療材料是在體外成型采用外科手術(shù)方式來植入體內(nèi),但是手術(shù)植入過程容易引起并發(fā)癥造成感染。因此,迫切需要新方法實現(xiàn)植入式醫(yī)療材料的體內(nèi)制造,有效降低與外科手術(shù)相關(guān)的風(fēng)險。


  近期,昆明理工大學(xué)徐旭輝教授團隊借鑒微晶玻璃的思想,選擇微晶作為水凝膠內(nèi)嵌的紫外固化光源,開發(fā)了一種上轉(zhuǎn)換納米顆粒(UCNPs)輔助的近紅外3D生物材料打印方法,以實現(xiàn)無侵入性手術(shù)的體內(nèi)材料成型(圖1)。首先設(shè)計多層核殼結(jié)構(gòu)UCNPs定向增強其在藍紫光波段的發(fā)光性能(圖2);UCNPs將穿透皮膚組織的近紅外(NIR)光子轉(zhuǎn)化為藍紫色發(fā)射(300-500 nm),可在體內(nèi)誘導(dǎo)多種單體聚合固化(圖3);利用三維移動坐標(biāo)平臺固定并控制近紅外激光器,使其按預(yù)設(shè)路線精準(zhǔn)移動實現(xiàn)固化成型,本研究成功在小鼠體內(nèi)實現(xiàn)了無創(chuàng)骨折固定支架的3D成型(圖4),展示了一種全新生物醫(yī)學(xué)材料的體內(nèi)成型方式,在植入式醫(yī)療領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景
 

圖1 上轉(zhuǎn)換材料輔助3D生物打印在體內(nèi)無創(chuàng)固定骨折示意圖
 

圖2 氟化物上轉(zhuǎn)換納米晶微觀形貌結(jié)構(gòu)

 


圖3 氟化物上轉(zhuǎn)換納米晶光學(xué)性能及光固化測試
 

上轉(zhuǎn)換氟化物納米晶輔助3D生物打印技術(shù)用于體內(nèi)骨折固定

  該工作以“Upconversion 3D Bioprinting for Noninvasive In-Vivo Moulding”為題發(fā)表在《Advanced Materials》上。昆明理工大學(xué)為第一作者單位,通訊作者是昆明理工大學(xué)徐旭輝教授。文章第一作者是昆明理工大學(xué)博士生張鵬。該研究得到國家自然科學(xué)基金項目、云南省重大科技專項等項目資助支持。


  論文信息: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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