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能够促进伤口愈合的纳米纤维素3D打印材料

发表时间:2017/10/10

近日,芬兰VTT技术研究中心的研究人员使用纤维素纳米纤维开发了一种用于伤口护理的3D打印材料,通过电子元件与计算机连接,该材料还可以实现实时监控并向医护人员发送伤者伤口愈合情况的信息。


纳米纤维素的生物相容性

纳米纤维素是一种天然的生物基聚合物,具有优异水分平衡和皮肤水合性能,并且具有与人体细胞和组织的生物相容性。研究发现,纳米纤维素在活体中还未发现有任何排异反应和炎症发生。另外,纳米纤维素还具有优异的pH、温度和盐稳定性,可用作受控释放治疗分子的载体。由于这些优良的特性,纳米纤维素已经在伤口抗菌敷料、人工移植物以及防紫外线化妆品领域得到应用。




纳米纤维素用于3D打印

3D打印是一种制造个性化复杂轻型结构的有效方法。目前,用于3D打印的材料包括热塑性塑料以及金属、陶瓷等。根据VTT介绍,由于印刷浆料的挑战,目前生物材料在3D打印中的应用相当有限。研究人员发现,纤维素纳米纤维适合3D打印材料的开发,其具有可以改善生物基3D印刷浆料的特性:具有优异的吸水能力,因此可以制成用于3D印刷工艺的足够粘稠的印刷浆料(含水可高达50%);机械强度高,并可对生物降解性有积极影响;还可以作为目前使用的其他可能会产生有害排放或者导致过敏的3D打印化学品,如树脂、合成增稠剂、增强剂和塑料等的替代品。



3D打印纳米纤维素伤口护理材料

VTT开发的3D打印伤口护理材料原型包括纳米纤维素和用于测量伤口愈合情况的印刷电子元件。测量电极用银墨水印刷在聚氨酯-纳米纤维素膜上,打印电极与VTT开发的无线FlexNode读取器连接,并采用层压薄膜对印刷电极进行保护。层压材料的外层是3D印刷的伤口护理凝胶,含有纳米纤维素、藻酸盐和甘油活性成分。



通过纳米纤维素的使用,创建的伤口护理材料液体吸收性能更好,比通常用于伤口护理的藻酸盐纤维敷料的效率高3倍。通过吸收伤口中的水分,该材料可以缩短伤口愈合时间。3D打印伤口护理凝胶在起到促进伤口愈合作用的同时,充当身体和电子部件之间的缓冲液。FlexNode读取器可将温度或生物阻抗数据从伤口传输到医院电脑,提示医务人员伤口感染或其他并发症的迹象,以使其根据数据调整患者康复状态。



据研究人员介绍,虽然开发的3D打印伤口护理材料具有良好的应用潜力,但仍存在诸多挑战。一是基于生物材料的柔性结构制造具有挑战性,随着水分流失材料会变硬,研究人员正在尝试通过增加基质中不易挥发性成分并使用聚合材料和增塑剂等改善材料的柔性;二是目前纳米纤维素尚未被批准用于医疗用途,预计这种3D打印伤口护理产品面向市场还需时日,该团队将尝试先将这种生物基打印材料用于纺织品、室内装饰等领域。另外,研究人员还将侧重于天然抗菌成分的应用。

(综合整理:WiNT、环球网)