新型鐵電復(fù)合材料正在殺滅細(xì)菌

巴斯大學(xué)的工程師與阿爾斯特大學(xué)的同事合作，首次使用革命性的多材料3D打印工藝成功制造了一種具有抗菌性能的新型鐵電復(fù)合材料（Ferroelectric Composite Material）。

根據(jù)研究人員的說法，使用電響應(yīng)性鐵電材料為植入物提供了抗菌的能力，使其適用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如心臟瓣膜、支架和骨植入物，降低了患者感染的風(fēng)險。

盡管它們被廣泛使用，但所有生物醫(yī)學(xué)植入物都有一定的風(fēng)險，因為材料表面可能含有可引起感染的生物污染物。降低這種風(fēng)險可以通過改善療效和降低與持續(xù)治療相關(guān)的成本，使患者和醫(yī)療保健提供者受益。

該團隊此前曾利用這種3D打印方法創(chuàng)建用于骨組織工程的三維支架。

鐵電性使這一突破成為可能，鐵電性是某些極性材料的一種性質(zhì)，它會對機械能或溫度的變化做出反應(yīng)，產(chǎn)生表面電荷。這種電荷會在鐵電薄膜和植入物中產(chǎn)生被稱為活性氧(reactive oxygen species,ROS)的自由基，從而優(yōu)先消滅細(xì)菌。這是通過水分子在極化鐵電復(fù)合材料表面的微電解來實現(xiàn)的。

用于利用這一現(xiàn)象的復(fù)合材料是通過將鐵電鋇鈣鋯鈦酸鹽(BCZT)微顆粒包埋在聚己內(nèi)酯(PCL)中制造的，聚己內(nèi)酯是一種生物可降解的聚合物，通常用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

然后，鐵電粒子和聚合物通過3D生物打印機來構(gòu)建一個精確的多孔“支架”形狀，其設(shè)計具有高表面積，以增強ROS的產(chǎn)生。

即使感染了大量具有侵略性的大腸桿菌，測試表明，這種復(fù)合材料可以在沒有外部干預(yù)的情況下完全消除細(xì)菌細(xì)胞，在15分鐘內(nèi)消除70%的細(xì)菌。