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昆明理工大學(xué)徐旭輝教授團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.：利用微晶水凝膠實(shí)現(xiàn)3D打印體內(nèi)成型
2024-01-16  來(lái)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)疾病治療等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(lái)植入體內(nèi)，但是手術(shù)植入過(guò)程容易引起并發(fā)癥造成感染。因此，迫切需要新方法實(shí)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(xiǎn)。


  近期，昆明理工大學(xué)徐旭輝教授團(tuán)隊(duì)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(kāi)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(shí)現(xiàn)無(wú)侵入性手術(shù)的體內(nèi)材料成型（圖1）。首先設(shè)計(jì)多層核殼結(jié)構(gòu)UCNPs定向增強(qiáng)其在藍(lán)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(lán)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(dòng)坐標(biāo)平臺(tái)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(dòng)實(shí)現(xiàn)固化成型，本研究成功在小鼠體內(nèi)實(shí)現(xiàn)了無(wú)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(wú)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(cè)試
 

圖4 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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、云南省重大科技專項(xiàng)等項(xiàng)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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