摘要 不锈钢、钛合金、钴铬合金等金属材料是应用最为广泛的骨科植入物,但在临床应用中仍存在金属与骨的力学不匹配、炎症、二次手术等问题。镁及其合金作为新一代医用金属材料,由于其优异的生物降解性而备受关注。可生物降解的镁基金属具有良好的力学性能和成骨性能,有望成为治疗棘手骨科疾病的植入材料。但腐蚀速度快仍是制约其临床应用的主要挑战之一,合金化和表面改性是控制镁合金腐蚀速度的有效方法。本文综述了可生物降解镁合金的力学性能、生物性能及其在临床应用中存在的问题,重点介绍了镁基金属在合金化和表面改性方面的最新进展,并介绍了镁基植入物在骨科的应用现状。
将 DLW 制备的微结构应用于功能设备中,需要具有不同电学、光学、机械和化学特性的各种材料。自适应性材料(即其特性可以在制造后进行定制)是人们所迫切需要的,而可降解性则是人们所最需要的自适应特性之一。[7–9] 然而,DLW 过程中产生的交联聚合物结构(尤其是使用商用光刻胶时)是永久性的。降解此类材料通常需要苛刻的条件,例如经典 (甲基) 丙烯酸网络中酯键的高温水解或激光烧蚀。[7,8] 光刻胶配方中加入了各种化学功能,使印刷结构在特定刺激下破裂,例如化学试剂、[10–12] 酶、[13] 温度或光。[14] 其中,光是首选触发器,可对降解过程进行空间和时间控制。为了将光降解性引入微结构,必须在光刻胶的化学结构中整合一个光不稳定部分。设计光可降解 DLW 光刻胶的一个关键挑战是选择合适的、在写入过程中稳定的光不稳定基团。某些光化学反应,例如香豆素、蒽和肉桂酸酯等化学实体的可逆光二聚化可能适合这些目的,因为它们的二聚化/交联可以在 300 至 400 nm 的紫外线下诱导,而环消除可以在较短波长的紫外线(≤ 260 nm)照射下发生。[15] 然而,这种高能量的 UVA/UVB 照射对于许多应用来说可能过于剧烈,特别是细胞支架。可能更合适的可见光响应光不稳定部分在紫外线下会迅速降解,因此无法在写入过程中存活,而写入过程大多采用这种紫外线波长。 [16] 到目前为止,我们团队只有一份关于从 DLW 中获得光降解网络的报告,其中书写和
工程应用,因为它们表现出与软组织相容的机械行为。[1–3] 此外,可降解的化学交联网络在降解过程中保持其 3D 结构,因此会随时间均匀地丧失其机械性能。然而,它们在因用户操作、外科手术处理或实施而导致意外损坏或断裂(开裂、切割、拉伸)后无法修复,[4] 也无法重塑以满足外科手术要求或手术技术。因此,自修复网络最近越来越受欢迎。 [4–9] 根据键的性质,人们采用了不同的策略为大分子网络提供自修复特性,这些策略包括动态物理键(例如疏水相互作用、氢键、静电相互作用、金属-配体相互作用、主客体相互作用和π-π堆积)或化学可逆键(例如狄尔斯-阿尔德加合物、亚胺键、二硫键、硼酸酯键和腙键)。此类策略已应用于可降解水凝胶,文献中已报道了大量实例。然而,尽管可降解自修复弹性体在医疗器械方面具有巨大潜力,但报道的此类弹性体仍然很少,尤其是当它们必须与流行的熔融沉积成型 (FDM) 3D 打印兼容时。[10]
磁性纳米粒子主要用于医学进步、化学疗法和专门的组织修复以进行靶向药物输送。在本研究中,首先制备并鉴定了磁性铁纳米粒子。然后,合成了可生物降解的聚丙烯己内酯-聚乙二醇 PCL-PEG1000-PCL 共聚物。采用含磁性纳米粒子的共聚物通过溶剂蒸发法制备阿霉素纳米粒子。使用 VSM、FT-IR、UV-vis、1 H-NMR 和 SEM 来确定共聚物纳米粒子的结构特性。通过上述表征方法确认了 PCL-PEG1000-PCL 三重嵌段共聚物的合成以及阿霉素和铁纳米粒子的包封。所得纳米粒子具有超顺磁性,药物包封率约为 95%。研究了 pH 和热量对药物释放曲线的影响。结果表明,合成的共聚物适用于阿霉素和铁纳米粒子的包封,可作为新型纳米结构载体有效递送抗癌药物。结果表明,由于磁性纳米粒子和共聚物的特性,它们可用于靶向药物递送。
摘要:在以线材为原料的各种增材制造技术中,电弧丝增材制造 (WAAM) 具有较高的材料沉积速率,但尚未在锌合金中建立应用。与传统的永久性金属生物材料相比,锌合金可用作可降解生物材料。在这项研究中,采用 WAAM 加工商用纯锌以获得近乎致密的部件,并将通过 WAAM 加工的锌获得的性能与锻造 (WR) 锌样品进行了比较。发现 WAAM (41 ± 1 HV0.3) 部件的微观结构和硬度值与 WR (35 ± 2 HV0.3) 部件的微观结构和硬度值相似。体 X 射线衍射纹理测量表明,与 WR 对应物相比,WAAM 构建物表现出重纹理微观结构,在平行于构建方向 (BD) 的方向上峰值强度约为 <3 3–6 2> 或 <0 0 0 2>。 WAAM(0.45 mmpy)和 WR(0.3 mmpy)样品在模拟体液 (SBF) 中的腐蚀速率相似。在长达 21 天的时间内,WAAM 样品在 SBF 中的重量损失测量值略高于 WR 样品。MC3T3-E1 前成骨细胞在含有 WAAM-Zn 降解产物的培养基中以类似于 WR-Zn 的方式增殖,且表现健康。这项研究证实了通过 WAAM 处理 Zn 以用于生物可吸收金属植入物的可行性。
“这项研究确定了简单的几何属性,即角度和孔隙率,可以在分娩后再生受损的组织。” Paul博士说。“使用逐层加法3D打印技术,制造了九个架构上不同的网格,以优化构建结构,该体系结构将使网格的降解同时促进组织集成。
生物相容性和可生物降解的能量收集器对于生物医学应用具有重要意义,它是一种不会对人体造成不良影响的替代能源。具有良好压电、介电和机械性能的内在生物相容性的二苯丙氨酸肽是很有前途的能量转换材料。在此,我们报道了一种可降解的压电纳米发电机 (PENG),它基于嵌入二苯丙氨酸微棒阵列的独立聚乳酸薄膜。坚硬的聚乳酸聚合物可以从刚性硅基底上去除坚硬的微棒,并将外力均匀地传递给它们以进行能量转换。PENG 产生的最大输出电压为 1.78 V,功率密度为 1.56 W m − 3 。此外,该装置在 60 ℃ 下放置 25 天后在碱性溶液、酸性溶液和磷酸盐缓冲盐水溶液中完全溶解。可降解的 PENG 为给瞬态电子设备供电并减少设备对环境的影响提供了一种可行的解决方案。
摘要:由于其低成本,生物兼容性,柔韧性和最小的副作用,因此在最近的生物应用中,可降解的聚合物(均可用于生物元素的生物分子和几种合成聚合物)非常有希望。在这里,我们介绍了有关自然和合成降解聚合物的最新信息,其中简要介绍了不同的多糖,生物蛋白和合成聚合物。聚酯/聚氨基酸/聚酸酯/聚苯基/聚磷酸/聚氨酯与生物医学应用有关。通过物理/化学方法将这些聚合物转化的各种方法。交联,如多蓝色,纳米复合材料/杂化复合材料,互穿络合物,间介粒/波利离子复合物,官能化,聚合物偶联物以及块和移植共聚物。还定义了形成的聚合物纳米颗粒的降解机制,药物加载谱和毒理学方面。这些可降解聚合物的生物材料在伤口敷料/愈合,生物传感器,药物输送系统,组织工程和再生医学等中的生物医学应用被突出显示。此外,简要审查了使用此类纳米系统来解决当前药物输送问题。
脂质纳米粒子 (LNP) 广泛用于 mRNA 递送,阳离子脂质极大地影响生物分布、细胞摄取、内体逃逸和转染效率。然而,阳离子脂质的费力合成限制了有效候选物的发现并减慢了规模化生产。在这里,我们开发了一种基于合理设计的胺-硫醇-丙烯酸酯结合的一锅串联多组分反应,该反应能够快速(1 小时)且轻松地在室温下合成酰胺结合可降解 (AID) 脂质。对 100 种化学性质不同的 AID 脂质组合库进行结构-活性关系分析,鉴定出一种通常可提供有效脂质的尾状胺环烷基苯胺。实验和理论研究表明,嵌入的大苯环可以使脂质呈现更圆锥形,从而增强内体逃逸和 mRNA 递送。领先的 AID-脂质不仅可以介导 mRNA 疫苗的局部递送和 mRNA 治疗剂的全身递送,还可以改变肝嗜性 LNP 的趋向性,从而选择性地将基因编辑器递送到肺部,将 mRNA 疫苗递送到脾脏。
目前对可降解亚胺基聚合物半导体分子设计原理的理解仅限于半结晶聚合物形态。在此,我们设计并合成了一类基于吲哚并二噻吩 (IDT) 单元的新型可降解纳米晶体半导体聚合物,所用方法比常用的 Stille 缩聚反应毒性更小。由于可降解 IDT 基聚合物薄膜缺乏长程有序性,我们表明,在保持与可降解半结晶二酮吡咯并吡咯 (DPP) 基对应物相似的电子性能的同时,可以实现增强的拉伸性。通过紫外-可见光谱、凝胶渗透色谱、核磁共振光谱和石英晶体微天平进行的降解研究表明,IDT 基聚合物的降解速度比半结晶 DPP 基聚合物快几个数量级(在溶液中数小时内,在薄膜中一周内)。此外,与半结晶 DPP 基聚合物相比,IDT 基聚合物可以在更温和的酸性条件(0.1 M HCl)下降解,这类似于人体内的酸性环境,并且允许从合成到降解的条件更加环保。我们的工作加强了我们对聚合物半导体结构-降解特性关系的理解,并为可触发、按需降解的瞬态电子器件铺平了道路。