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3D打印结合电纺技术获得新突破!

生物医学    2021-09-18 16:16

1. J. Membr. Sci.:通过3D打印近场静电纺丝制备具有有序多孔结构的PVDF纤维膜

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天津工业大学赵健通过3D打印近场静电纺丝(NFES)技术制备了具有规则几何孔结构的新型聚偏氟乙烯(PVDF)纤维膜。将PVDF/SiO2溶液静电纺丝成具有三角形、矩形、六边形和正方形以及圆柱形等一系列规则几何孔结构的纤维膜。

所制备的PVDF纤维膜显示出优异的过滤性能,其具有1020.7 L·m-2·h-1的高通量,96.7%的颗粒截留率(将平均粒径为50μm的SiO2水分散体作为进料溶液时)。

还研究了孔几何形状(矩形的长宽比)对膜结构和过滤性能的影响。当长宽比从1:1增加到2:1时,水通量几乎提高了75.5%,同时颗粒截留率稳定在95%以上。通过设计膜的孔几何形状可以有效地调节膜的渗透性能。该PVDF纤维膜具有规则的几何孔结构,非常适合在多种分离场合中进行精确分离。

DOI: 10.1016/j.memsci.2020.118709

 

2. Eur. Polym. J.:静电纺丝和3D/4D打印技术制备新型PVP基生物医学产品

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与其他合成聚合物不同,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)具有生物活性、水溶性、无毒、耐温、pH稳定、可生物降解和生物相容性。由于其多功能性,PVP已被广泛研究并用于静电纺丝、3D/4D打印等技术制备多种生物医学产品。

本文综述了PVP在多学科生物医学产品设计中的应用。详细介绍了PVP基纳米复合材料在多种生物医学植入物(骨科、牙科、阴道和乳腺)、再生工程(神经、心脏和胰腺组织)、眼科、伤口敷料、治疗学等重要研究领域中的使用情况。

重点介绍了如何通过新兴、可持续、高成本效益的3D和4D打印技术制备新型PVP生物医学产品。从生物医学科学家的角度分析了PVP在设计生物吸附装置方面的当前挑战和未来前景。

DOI:10.1016/j.eurpolymj.2020.109919

 

3.ACS Nano:纳米纤维技术用于再生工程

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再生工程作为一种成功的策略,通过融合多个领域的专业知识,实现复杂组织和生物器官的再生。这种创新的突破性方法刺激了人们对具有独特生物识别特性的生物材料的更多选择性需求。

纳米制备技术为纳米纤维支架的开发提供了极好的跳板,该支架可以在直接的细胞环境中产生积极的相互作用,并在分子水平上刺激特定的再生级联反应,从而产生健康的组织。

本文系统综述了静电纺丝技术及其在基于基质的再生工程中的应用,主要集中于肌肉骨骼组织。

简述了静电纺丝/3D打印系统的双重性,并对纳米纤维基质的技术前景和未来方向进行了探讨。

DOI:10.1021/acsnano.0c03981

 

4. Addit. Manuf.:使用3D打印和旋转静电纺丝技术制备双尺度聚己内酯支架,用于骨组织再生

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这项研究提出了一种简单且通用的混合印刷工艺,该工艺采用了螺悬辅助的增材制造技术并结合旋转静电纺丝技术来制备双尺度各向异性支架。

3D打印的微米级结构具有均匀且清晰的几何形状,并且随着静电纺丝转速的增加,纳米级静电纺纤维的排列更加整齐。

力学测试结果表明,带有或不带有静电纺网的3D打印支架之间没有显著差异。体外试验结果显示,具有高密度电纺网的双尺度支架显示出更高的细胞接种效率和增殖能力。

在双尺度支架和3D打印支架之间未观察到标准化成骨标记物表达的统计学差异。这可能是由于基底材料PCL的生物活性差而引起的,同时说明了地形信息可能不足以刺激细胞向成骨细胞方向发展。

DOI:10.1016/j.addma.2020.101452

 

5. Mater. Sci. Eng. C:3D打印-溶剂交换沉积成型构建双层柔性皮肤替代物

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东北林业高振华教授报告了一种使用基于溶剂交换沉积成型(SEDM)相分离的快速原位形成系统构建的柔性聚丙交酯-乙交酯共聚物(PLGA)支架,不同于传统的3D打印的熔融沉积成型(FDM)。

FDM打印产品具有刚性,其杨氏模量约为SEDM打印样品的2.6倍。另外,固化油墨的厚度在SEDM印刷过程中不会收缩,其表面具有纳米/微孔,有利于蛋白质固定和细胞粘附。

结合SEDM和静电纺丝技术构建了具有纳米/微观结构的柔性双层支架,用于皮肤替代物,其中SEDM印刷的样品充当细胞和组织向内生长的子层,致密的电纺纳米纤维充当上层,使子层的抗拉强度提高了57.07%,并起到了抗菌的物理屏障作用。

通过生物正交方法成功地将双层支架固定化表皮生长因子(EGF)应用于促进大鼠全层皮肤伤口愈合。

DOI:10.1016/j.msec.2020.110942

 

6.Additi. Manuf.:可实现快速制备明胶水凝胶纤维的新型3D低压静电纺丝图案化技术

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本研究展示了3D低压静电纺丝(3D-abES)的工作流程,以有效地生产分层水凝胶明胶微纤维,并将其束缚在各种形状的3D打印热塑性结构上。

通过数字设计方法,可以有效地批量生产多个3D打印纤维设备,且能够最小化样品间的差异。可以快速更改定制的纤维图案和设备的几何形状,以适应6到24孔板格式的潜在应用。

所产生的干纤维直径约在2-4μm范围内。结合在水性环境中的预期设备应用,本工作研究了工艺参数组合对明胶纤维完整性及其浸入水中时的溶胀行为的影响。在参数研究的帮助下,可以调整溶胀引起的纤维卷曲模式(从直线到波浪)。

该研究结果可以为优化由交联的亲水性聚合物和低聚物制成的电纺水凝胶状纤维的3D制造和构图提供指导,以用于细胞培养或生物传感应用。

DOI: 10.1016/j.addma.2020.101456