酸化グラフェン-Ag共分散ナノシステム:抗菌活性とポリマー足場の機械的特性に対する二重の相乗効果

酸化グラフェン-Ag共分散ナノシステム:抗菌活性とポリマー足場の機械的特性に対する二重の相乗効果
著者: Cai Zhihao He Jiankang 3D 印刷支部 中国機械工学協会

組織工学スキャフォールドは、一時的な細胞外マトリックスとして、細胞の成長、組織の血管新生、そして最終的には新しい組織の形成に重要な役割を果たします。ポリ-L-乳酸 (PLLA)、ポリグリコール酸 (PGA)、ポリ乳酸-グリコール酸共重合体 (PLGA) などの生分解性ポリマーは、その優れた生物学的特性により、米国食品医薬品局によって骨組織工学スキャフォールドの開発用に承認されています。しかし、これらの材料の機械的強度と弾性率は天然の骨に匹敵するには不十分であり、骨の再生中に適切なサポートを提供することが困難です。同時に、抗生物質の服用による副作用やステント移植後の細菌の抗生物質に対する深刻な薬剤耐性のため、骨ステントには関連する感染を防ぐために抗菌効果も求められます。


図1 (a) PLLA-PGA/GO-Agナノ複合粉末の調製の概略図 (b) SLS積層造形プロセス

中南大学機械電気工学部高性能複合製造国家重点研究室の研究者らは、共分散型酸化グラフェン(GO)-銀(Ag)ナノシステムを提案した。GOナノシートはAgナノ粒子を担持し、Agナノ粒子はGOナノシートの中間層に埋め込まれている。図1に示すように、GOナノシートとAgナノ粒子は互いに支え合い、共分散が実現する。この方法は、GOまたはナノAgが凝集体を形成しやすいという問題を解決している。 GO-Agナノ共分散システムを3Dプリントポリマースキャフォールドに導入しました(図2を参照)。結果は、GOナノシートの捕捉効果とAgの殺菌効果を組み合わせたGO-Agナノシステムが相乗的な抗菌効果を発揮し、1wt%GO-1wt%Agを含むスキャフォールドの抗菌率は95%以上であることを示しました。さらに、共分散ナノシステムの添加により、材料の圧縮強度と弾性率はそれぞれ 102% と 82% 増加し、GO と Ag はスキャフォールドの機械的強化に相乗効果を示しました。


図2 複合スキャフォールドの3Dビューと電子顕微鏡画像

研究者らは、細胞適合性が良好であるだけでなく、抗菌性と機械的強化機能にも優れた酸化グラフェンと銀を共分散させたナノシステム複合スキャフォールドを開発しました。このスキャフォールドは、骨組織工学に大きな応用の見込みがあります。



参考文献
Shuai C、Guo W、Wu P、Yang W、Hu S、Xia Y、Feng P 2018 グラフェン酸化物-Ag共分散ナノシステム:抗菌活性とポリマースキャフォールドの機械的特性に対する二重の相乗効果 Chem. Eng. J. 347 322-333

出典:機械製造システム工学国家重点実験室
生物学、食品、血管

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