4D打印生物相容,层级多孔形状记忆的聚合物结构

科学领域:

• 生物材料科学 生物材料科学
• 聚合物化学 聚合物化学
• 生物医学工程 生物医学工程

背景情况:

• 传统的生物医疗植入物面临着诸如一个适合所有人的设计,需要监测和免疫排斥风险等局限性.
• 4D打印为创建个性化,改变形状的植入物提供了解决方案,但缺乏具有适当性质的合适材料.
• 形状记忆聚合物 (SMP) 对4D打印具有前景,但现有的选择往往具有低于最佳的玻璃过渡温度 (T_g),生物相容性或用于软组织集成的机械性能.

研究的目的:

• 开发一种新的4D可打印形状记忆聚合物 (SMP),具有针对生物医学应用的定制性质.
• 在SMP中设计层次性的多孔结构,以增强生物活动和组织集成.
• 以展示使用开发的材料和4D打印技术创建复杂,个性化的植入物形状的可行性.

主要方法:

• 合成和描述Poly ((糖二酸) 烯酸盐 (PGDA) 作为SMP基础材料.
• 使用素液,在3D打印的PGDA结构中创建分层多孔的纹理.
• 使用4D打印来制造复杂的几何形状,并评估材料的形状记忆效应 (SME),机械性能和细胞兼容性.

主要成果:

• 开发的多孔PGDA表现出35.6°C的玻璃过渡温度 (T_g) 和0.311.22 MPa的模,与软生物组织密切匹配.
• 实现了单向形状记忆效应 (SME),形状固定性和恢复率超过98%,表明可靠的形状变化能力.
• 细胞培养表明存活率超过90%,证实了多孔SMP支架的细胞相容性.
• 复杂的3D结构,包括悬浮和倾斜的设计,已成功打印,展示了4D打印方法的多功能性.

结论:

• 这项工作介绍了一种创新的方法,用于使用PGDA的4D打印创建层次性多孔形状记忆支架.
• 开发的支架具有最优的T_g用于最小侵入性植入和可调节的机械性能,适用于软组织应用.
• 工程孔隙性,优异的形状记忆性能和细胞兼容性的结合使得这些支架对先进的生物医学植入物非常有希望.