昆明理工大學獲悉,該校材料科學與工程學院徐旭輝教授團隊,近期開發了一種由上轉換納米粒子輔助的3D生物打印方法,無需侵入性手術,即可在體內成型輔助骨折治療的支架。相關研究以“用于無創體內成型的上轉換3D生物打印技術”為題,發表于國際材料期刊《先進材料》上。
上轉換材料輔助3D生物打印在體內無創固定骨折示意圖。
在醫療領域中,體內植入式生物材料對于骨折的矯正修復、心血管疾病和神經疾病的治療具有不可或缺的功效。傳統的方法是將醫療材料在體外成型,并通過外科手術植入體內,但容易引起手術并發癥并導致感染。因此,急需新的方法實現醫療材料在體內的制造,以有效降低與外科手術相關的風險。
上轉換納米粒子,是一種特殊類型的納米粒子,具有將長波段光轉換成短波段光的能力。這種光學性能使其在光學器件、生物醫用材料和輔助光化學反應等許多領域展現出良好的應用前景。
上轉換氟化物納米晶輔助3D生物打印技術用于體內骨折固定。
日前,徐旭輝團隊借鑒微晶玻璃的設計思路,選擇稀土摻雜上轉換微晶作為水凝膠內嵌的紫外固化光源,開發了一種上轉換納米顆粒輔助的近紅外3D生物材料打印方法,以實現無侵入性手術的體內材料成型。首先設計多層核殼結構上轉換納米顆粒,定向增強其在藍紫光波段的發光性能;隨后,這類顆粒將吸收穿透皮膚組織的近紅外光,在體內轉化為300—500納米的藍紫色誘導多種單體聚合固化。此外,研究團隊利用三維移動坐標平臺,固定并控制近紅外激光器,使其按預設路線精準移動實現成型。
在此項研究中,團隊成員成功在小鼠體內實現了無創骨折固定支架的3D成型,展示了一種全新生物醫學材料的體內成型方式,在植入式醫療領域具有廣泛的應用前景。