石墨烯氧化物-Ag共分散納米系統(tǒng)：對聚合物支架抗菌活性和力學(xué)性能的雙重協(xié)同效應(yīng)

作者： 蔡智豪 賀健康  3D打印分會中國機(jī)械工程學(xué)會

組織工程支架作為臨時細(xì)胞外基質(zhì)，在細(xì)胞生長、組織血管化以及最終形成新組織方面發(fā)揮著重要作用。生物降解聚合物，如聚L-乳酸(PLLA)，聚乙醇酸(PGA)和聚乳酸-羥基乙酸(PLGA)因其良好的生物學(xué)性能，在骨組織工程支架的研制中得到了美國食品和藥物管理局的認(rèn)可。然而，這些材料的機(jī)械強度和模量不足以與天然骨的力學(xué)強度和模量相匹配，難以便在骨再生過程中提供足夠的支持。同時，支架移植后由于服用抗生素的副作用和細(xì)菌對抗生素的嚴(yán)重耐藥性，也需要骨支架具有抗菌作用的，以防止相關(guān)感染。

圖 1 （a）PLLA-PGA/GO-Ag 納米復(fù)合粉末制備原理圖 (b)SLS增材制造過程

中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院高性能復(fù)雜制造國家重點實驗室的研究人員提出了一種共分散的氧化石墨烯（GO）-銀（Ag）納米系統(tǒng)，GO納米片負(fù)載Ag納米粒子，而Ag納米粒子嵌入到GO納米片的中間層中，GO納米片和Ag納米粒子相互支持，如圖1所示，從而實現(xiàn)了共分散，該方法解決了GO或納米Ag很容易形成團(tuán)聚體的問題。將GO-Ag納米共分散體系引入3D打印聚合物支架中（如圖2所示），結(jié)果表明，GO-Ag納米系統(tǒng)結(jié)合GO納米片的捕獲作用和Ag的殺滅作用，對抗菌作用具有協(xié)同作用，含1 wt% GO-1 wt% Ag的支架具有95 %以上的抑菌率。此外，隨著共分散納米系統(tǒng)的加入，材料的抗壓強度和模量分別提高了102 %和82 %，GO和Ag對支架的機(jī)械強化又表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。

圖 2 復(fù)合支架的3維視圖以及電鏡圖

研究人員通過石墨烯氧化物-Ag共分散納米系統(tǒng)復(fù)合支架不但具有良好的細(xì)胞相容性，還有優(yōu)秀的抗菌和機(jī)械強化能力，這種支架在骨組織工程中將具有極大的應(yīng)用前景。



參考文獻(xiàn)
Shuai C, Guo W, Wu P, Yang W, Hu S, Xia Y and Feng P 2018 A graphene oxide-Ag co-dispersing nanosystem: Dual synergistic effects on antibacterial activities and mechanical properties of polymer scaffolds Chem. Eng. J. 347 322-333

供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室