バース大学は、医療用インプラントとして使用するための抗菌特性を持つ3Dプリント強誘電体材料を開発しました。

バース大学は、医療用インプラントとして使用するための抗菌特性を持つ3Dプリント強誘電体材料を開発しました。
この投稿は warrior bear によって 2023-4-8 21:21 に最後に編集されました

はじめに: 細菌、ウイルス、真菌、藻類などの微生物やその他多くの生物は、何百万年もの間この惑星上に存在し、有益であれ有害であれ、人間の生活のほぼすべての領域に多大な影響を及ぼしてきました。例えば、重篤な感染症を引き起こす可能性があり、敗血症もそのひとつです。これらの微生物が人体に使用される医療用インプラントに現れた場合、それは壊滅的な災害となるでしょう。しかし、これらの生体材料の表面の汚染は常に避けるのが難しく、患者に重大な健康リスクをもたらすだけでなく、医療システムにも大きな損失をもたらします。したがって、生物学的インプラントの表面の微生物汚染を防ぐための新しい持続可能かつ無毒な方法を発見することは非常に重要です。
2023年4月8日、アンタークティックベアは、バース大学とアルスター大学のエンジニアが協力し、新しいマルチマテリアル3Dプリンティングを使用して、抗菌特性を持つ新しい強誘電体複合材料を初めて作成することに成功し、医療用インプラントへの応用に大きな可能性を示していることを知りました。
この研究は、「抗菌用途のための付加製造された強誘電体粒子複合材料」と題する論文として、Advanced Materials Technologies誌に掲載されました。

関連論文リンク: https://doi.org/10.1002/admt.202202127
バース大学のエンジニアによると、電気応答性強誘電体材料の使用によりインプラントは感染耐性を付与され、心臓弁、ステント、骨インプラントなどの生物医学的用途に最適となり、患者の感染リスクを軽減できるという。
インプラントの使用は臨床診療では一般的ですが、材料が組織感染につながる可能性のある表面生物学的汚染物質を運ぶ可能性があるため、すべてのバイオメディカルインプラントにはある程度のリスクが伴います。
研究チームはこれまでにもこの3Dプリント技術を使用して、骨組織工学用の3次元足場を作成している。バース大学機械工学部の材料・構造学科講師で、論文の筆頭著者であるハミデ・カンバレ博士は、この研究には幅広い応用があると語った。
細菌を殺菌・除去する新しい強誘電体複合材料のイメージ。出典: バース大学
カンバレ博士は次のように語った。「この新しい強誘電体複合材は、感染症や大腸菌などの危険な細菌と戦うバイオメディカルインプラントの作成に使用でき、患者と医療従事者に明らかなメリットをもたらす可能性があります。私たちの研究は、私たちが作成した強誘電体複合材が抗菌材料および表面として大きな可能性を秘めていることを示しています。これは、医療研究者や医療従事者との協力を通じてさらに発展させていきたいと考えています。」
この革新は、新しい強誘電体材料の電気的応答性によるもので、これは機械的エネルギーや温度変化に応じて表面電荷を生成できる特定の極性材料の特性です。強誘電体フィルムやインプラントでは、この電荷によって活性酸素種 (ROS) と呼ばれるフリーラジカルが形成され、選択的に細菌を根絶することができます。これは、分極強誘電体複合材料の表面上の水分子の微小電気分解によって実現されます。
本研究で研究された強誘電体複合材料はこの現象を利用しており、バイオメディカル用途で広く使用されている生分解性ポリマーであるポリカプロラクトン(PCL)に強誘電体のジルコン酸チタン酸バリウムカルシウム(BCZT)微粒子を埋め込むことによって作られています。次に、強誘電体粒子とポリマーの混合物を 3D バイオプリンターに送り込み、ROS 形成を促進するために高表面積で設計された特定の多孔質「足場」形状を作成します。
△ ア) 合成された BCZT 粉末の SEM 顕微鏡写真と粒子サイズ分析。 b) 合成された BCZT 粉末の XRD スペクトル。
最終試験結果では、高濃度の攻撃的な大腸菌に汚染された場合でも、複合材料は外部からの介入なしに細菌細胞を完全に根絶し、わずか 15 分で細菌の 70 パーセントを死滅させることができたことが示されました。
分極 3D プリント圧電粒子 PCL-BCZT 複合材料の考えられる選択的抗菌メカニズムの模式図。
強誘電体材料、滅菌

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