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性能的雙重協(xié)同效應

作者： 蔡智豪 賀健康  3D打印分會中國機械工程學會

組織工程支架作為臨時細胞外基質(zhì)，在細胞生長、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可。然而，這些材料的機械強度和模量不足以與天然骨的力學強度和模量相匹配，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菌對抗生素的嚴重耐藥性，也需要骨支架具有抗菌作用的，以防止相關感染。

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

中南大學機電工程學院高性能復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對支架的機械強化又表現(xiàn)出協(xié)同效應。

圖 2 復合支架的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)復合支架不但具有良好的細胞相容性，還有優(yōu)秀的抗菌和機械強化能力，這種支架在骨組織工程中將具有極大的應用前景。



參考文獻
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：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室