|
研究背景
近年来,合成生物材料的进步极大地推动了医疗技术的发展,特别是在植入物、假肢和组织工程方面。MOFs是一类由金属离子或簇与有机配体配位而成的多孔晶体材料,具有极高的比表面积、可调节的孔隙性和多样化的化学功能性。这些特性使得MOFs能够以可控的方式封装和释放治疗剂在生物医学应用中表现出显著的优势,且可以作为组织工程的支架。将MOFs与超分子水凝胶结合使得它们的特性互补。MOFs提供了结构刚性、高比表面积和功能多样性,而超分子水凝胶则提供了一个亲水的、生物相容的和动态的环境,支持生物功能。这种协同作用增强了复合材料的整体性能,使其适用于先进的生物医学应用。3D打印技术的进步使得制造复杂、患者特定的几何形状成为可能。将MOFs基超分子水凝胶材料与3D打印技术相结合,为制造复杂结构提供了精确控制材料组成和设计的新方法。
苏州大学Onome Ejeromedoghene教授及其合作者综述了3D打印技术、MOFs和超分子水凝胶相结合在生物医学中的应用研究最新进展。3D打印技术使得MOFs和超分子水凝胶的结合更加精确和可控,能够制造出具有复杂结构和特定功能的生物材料。3D打印的MOFs基超分子水凝胶不仅具有优异的力学性能和生物相容性,还能实现药物的控制释放、生物传感和组织工程等多种功能。该综述为伤口愈合、骨骼再生、生物传感和脑机接口等领域提供了新的材料选择,推动了生物材料在个性化医疗和智能医疗设备中的应用。3D打印技术的可扩展性和快速原型制造能力有助于降低生产成本,提高材料的可持续性和经济性。
图1:使用各种多尺度增材制造技术将MOFs整合到水凝胶中的示意图,强调MOF基超分子水凝胶的多功能性,包括其高孔隙率、比表面积、可调节性、生物相容性和可降解性。外圈展示了MOFs的功能应用,包括治疗剂递送、活性成分封装和刺激响应性释放。
图2: 3D打印过程:(a)DIW,(b)IJP,(c)SLA,(d)FDM,(e)SLS的示意图及雷达图及(f)各种3D打印技术的特点对比。
图3:MOFs结构及潜在属性,用于多功能聚合物水凝胶复合材料
图4:3D打印的MOFs基水凝胶用于伤口管理。(a)典型MOFs结构在抗菌水凝胶中的应用,以及(b)使用复合SF/明胶3D打印光交联水凝胶进行全层皮肤伤口修复的示意图,包括处理后的切口伤口和相应的伤口面积可视化。
图5:3D打印的MOFs基水凝胶用于骨再生。展示了3D打印的Ti6Al4V支架,通过MOFs生物功能化增强骨质疏松症的骨整合,包括微CT图像(冠状面、矢状面、横断面、3D)和新骨形成的定量分析。
图6:使用气溶胶喷射纳米颗粒方法3D打印微柱阵列电极的过程,用于多巴胺检测。包括2D(0×0阵列)和3D(10×10阵列)电极的布朗运动,以及3D打印机、超声波喷头和空心微柱的形成。图中展示了一个配备PDMS外壳、微流控通道和3D打印微柱阵列的多巴胺检测装置,2D银传感器用于对比。
图7:(a)成DZIF纳米颗粒的过程;(b)通过光交联(c)甲基丙烯酸聚磷酸酯(PPEMA)和(d)甲基丙烯酸明胶(GelMA)制备水凝胶;(e)通过注射到深部牙周袋中实现抗菌和抗炎应用的示意图;(f)在体内,纳米复合水凝胶可以显著减少由炎症引起的骨质流失。图中展示了治疗和收获的时间点,以及在实验性牙周炎大鼠模型中的设计和照片。图中还包括在特定位置的颊侧和腭侧的测量,以及3D重建和2D切片的颌骨图像。这些测量是通过微CT和顺序荧光标记骨形成获得的,其中红色代表茜素红S,绿色代表钙黄绿素。
图8:在创建和应用3D打印的MOFs基超分子水凝胶过程中遇到的挑战,强调需要进一步关注的关键领域,包括结构稳定性、生物相容性、监管标准和可扩展性。
论文以“3D-Printed metal organic frameworks-based supramolecular hydrogel as biological materials”为题发表在《Supramolecular Materials》上,通讯作者是Onome Ejeromedoghene教授。
参考文献
3D-Printed metal organic frameworks-based supramolecular hydrogel as biological materials
Moses Kumi, Bridget Kpomah, Onome Ejeromedoghene, Aboagye Gifty Takyiwaa, Onomen Agnes Ehizojie
Supramolecular Materials 2025, 4, 1000100
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667240525000091
Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )
GMT+8, 2025-8-2 16:30
Powered by ScienceNet.cn
Copyright © 2007- 中国科学报社